オープンソースな命令セットRISC-V

1万円 FPGAスタータキットで作る RISC-V CPU

RISC-Vの自由性と可能性


図1　RISC-Vは自由に扱えるISA．FPGAとの組み合わせにより，アーキテクチャを自分で設計し，学ぶことができる．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．参考:［VOD/KIT］実習キットで一緒に作る！オープンソースCPU RISC-V入門

注目を集めている命令セット・アーキテクチャにRISC-Vがあります．このRISC-Vは，誰もが自由に使えるオープンソースのISAであり，従来の商用ISAとは異なり，ライセンス費用やロイヤルティの支払いが不要です．

このような背景のもと，1万円程度のFPGAスタータキットを使って，RISC-V CPUを自ら設計・実装して学ぶというアプローチが可能になっています．特定のベンダに依存しないアーキテクチャだからこそ，教育用途や個人の開発環境にも適しています．

FPGA（Field Programmable Gate Array）は，回路を自由に書き換え可能なデバイスです．この柔軟性は，命令セットをカスタマイズできるRISC-Vと非常に相性がよいです．

RISC-Vでは，基本的な命令セットに加えて，必要に応じた独自の命令を追加できます．たとえば，AI処理や画像圧縮処理に特化した命令を拡張することも可能です．この自由度が，FPGA上での試行錯誤を促進します．

この一連の学習プロセスは，命令セットからマイクロアーキテクチャへの理解を深めるのに非常に効果的です．ソフトウェアとハードウェアの境界を意識することができる点も重要です．

RISC-Vは自由に扱えるISAであり，FPGAとの組み合わせにより，アーキテクチャを自分で設計し，学ぶことができます．1万円のスタータキットを活用することで，CPU設計の学びが手軽になります．

RISC-Vは命令セット・アーキテクチャ（ISA）をオープンに定義した仕様であり，その最大の特徴は「自由に使える」という点にあります．従来の商用ISA，たとえばARMなどでは，ライセンス取得やロイヤルティの支払いが必要です．

一方，RISC-Vは仕様そのものが公開されており，誰でもハードウェアIPやソフトウェア環境を構築できます．また，ISAがシンプルで設計しやすいため，HDLでの実装も容易になります．

RISC-Vでは，命令セットが必要最小限に定義されており，平均的な命令あたりのクロック・サイクル数が少なくなります．これにより高クロックで動作可能となり，結果としてプログラム実行時間を短縮できます．

また，複雑な命令が排除されているため，命令の実装や検証の工数が減り，回路規模も抑えることができます．

RISC-Vはマイクロアーキテクチャと独立してISAを定義しており，将来的なプロセッサ設計にも柔軟に対応できます．

命令コードには拡張領域が設けられており，画像処理，AI演算，大規模行列計算などの専用命令を追加可能です．

〈著:ZEPマガジン〉

出身地：京都市左京区
仕事：1986年，日立製作所に入社し，SHマイコンの開発に従事．以降，ルネサステクノロジ，ベンチャー企業，大手半導体メーカにて，画像処理用SoCや各種マイコンおよび関連半導体デバイスの開発を統括．現在もマイコン製品設計に取り組んでいる．
趣味：1978年からマイコン・FPGA・GPUと戯れ
執筆活動：2000年からマイコンを絡めた雑誌記事と書籍を執筆