SHAKTI（マイクロプロセッサ）
シャクティ
Shakti マイクロコントローラのプロトタイプ バージョン。
一般情報
デザイン：インド工科大学マドラス校
一般的なメーカー
アーキテクチャと分類
応用SoC、開発ボード、ベースのソフトウェアプラットフォーム、IoT
命令セットRISC-V
モデル
  • Eクラス
  • Cクラス
  • Iクラス
  • Mクラス
  • Sクラス
  • Hクラス

Shakti（表記：S HAKTI）は、インド工科大学マドラス校の再構成可能インテリジェントシステムエンジニアリング（RISE）グループによる、初の国産産業グレードプロセッサの開発を目的としたオープンソースイニシアチブである。 [ 1 ] [ 2 ] Shaktiイニシアチブの目標は、オープンソースの製品グレードプロセッサ、完全なシステムオンチップ、マイクロプロセッサ開発ボード、およびShaktiベースのソフトウェアプラットフォームの構築である。チームの主な焦点は、市場の商用製品と面積、消費電力、および性能で競合できるSoCを開発するためのコンピュータアーキテクチャ研究である。Shaktiのソースコードは、修正BSDライセンスの下でオープンソース化されている。[ 3 ] [ 2 ]

V. カマコティは、プラタップ・スブラマニヤム・デジタルインテリジェンスおよびセキュアハードウェアアーキテクチャセンター（インド工科大学マドラス校コンピュータサイエンス＆エンジニアリング学部）において、SHAKTIマイクロプロセッサプロジェクトを実施しました。インド電子情報技術省は、デジタル・インディアRISC-Vイニシアチブを通じてこのプロジェクトを支援しています。[ 4 ]

プロセッサ

Shaktiプロセッサは、 RISC-V命令セットアーキテクチャ（ISA）をベースにしています。製造半導体工場（ファウンドリ）に応じて、 22nmプロセスのフィン電界効果トランジスタ（FinFET）または180nmプロセスの相補型金属酸化膜半導体（CMOS）テクノロジーノードのいずれかを採用するように設計されています。

Shaktiはロードマップの一環として、市場の様々なセグメントに対応するプロセッサフ​​ァミリーを計画しています。これらのプロセッサフ​​ァミリーは、「ベースプロセッサ」、「マルチコアプロセッサ」、「実験的プロセッサ」の3つに大別されます。

EクラスおよびCクラスのコアは、モノのインターネット（IoT）、組み込みシステム、デスクトップコンピュータ市場向けです。プロセッサ設計はロイヤリティフリーで、修正BSDライセンスに基づくオープンソースライセンスです。[ 5 ]

EクラスとCクラスのコアはどちらもHaskell方言であるBluespec SystemVerilog（BSV）言語で実装されています。[ 2 ]

Shakti プロジェクトは、RISC-V ISA をベースにした 6 種類のプロセッサを構築することを目的としています。

プロセッサの基本クラス

Eクラス

Eクラスは、低消費電力および低消費電力のコンピュータアプリケーション向けに、RISC-V ISAのすべての拡張機能をサポートできる32ビットおよび64ビットのマイクロコントローラです。Eクラスは、シリコン上で200MHz未満の動作周波数を持つインオーダー3段パイプラインです。ARMのMクラス（Cortex-Mシリーズ）コアの対抗馬として位置付けられます。FreeRTOS 、Zephyr、eChronosなどのリアルタイムオペレーティングシステムを実行できます。Eクラスプロセッサの市場セグメントは、スマートカード、IoTデバイス、モーター制御、ロボットプラットフォームをサポートしています。[ 6 ] [ 7 ]

E-arty35Tは、Eクラスをベースに構築されたSoCです。E-arty35T SoCは、128KBのRAMを搭載したシングルチップの32ビットEクラスマイクロコントローラです。32本の汎用入出力（GPIO）ピン（うち上位16本のGPIOピンはオンボードLEDとスイッチ専用）、プラットフォームレベル割り込みコントローラ（PLIC）、カウンター、2本のシリアルペリフェラルインターフェース（SPI）、2本のユニバーサル非同期送受信機（UART）、1本のインターインテグレーテッドサーキット（I²C）、6本のパルス幅変調器（PWM）、そして内蔵のザイリンクス製アナログ-デジタルコンバータ（X-ADC）を備えています。[ 8 ]

Cクラス

Cクラスは、ミッドレンジ組み込みアプリケーション向けの64ビットコントローラクラスのプロセッサです。コアは高度に最適化された6ステージインオーダー設計で、MMUをサポートし、 LinuxやSel4などのオペレーティングシステムを実行できます。標準RV64GC ISA拡張機能のサポートにより、非常に柔軟な構成が可能です。200～800MHzで動作するミッドレンジコンピューティングシステム向けで、最大2GHzまでカスタマイズ可能です。ARM Cortex A35/A55に対抗する製品です。このクラスのアプリケーションドメインは、組み込みシステム、モーター制御、IoT、ストレージ、産業用アプリケーションから、ネットワーク、ゲートウェイなどの低コストで高性能なLinuxベースのアプリケーションまで多岐にわたります。[ 6 ] [ 7 ]

C-arty100Tは、Cクラスをベースに構築されたSoCです。C-arty100T SoCは、128MB DDR3 RAM、16本の汎用入出力（GPIO）ピン、プラットフォームレベル割り込みコントローラ（PLIC）、カウンター、ユニバーサル非同期送受信機（UART）、およびインターインテグレーテッドサーキット（I²C）をそれぞれ1つ備えた、シングルチップの64ビットCクラスマイクロコントローラです。消費電力が非常に低く、オプションのメモリ保護機能も備えた、ミッドレンジのアプリケーションワークロードに最適です。[ 9 ]

Iクラス

Iクラスは、コンピューティング、モバイル、ストレージ、ネットワークプラットフォーム向けの64ビットプロセッサです。アウトオブオーダー実行、マルチスレッド、アグレッシブ分岐予測、ノンブロッキングキャッシュ、ディープ命令パイプラインステージなどの機能を備えています。このプロセッサの動作クロック周波数は1.5～2.5GHzです。2020年4月現在、チームはアトミック機能の実装、メモリ依存予測、命令ウィンドウ/スケジューラの最適化、一部の機能ユニットの実装、性能分析/予測、22nmプロセッサで1GHzという最初の目標周波数を達成するための最適化に取り組んでいました。[ 7 ] [ 10 ] [ 11 ]

マルチコアプロセッサ

Mクラス

最大8コアのモバイルクラスプロセッサで、CクラスコアとIクラスコアの組み合わせです。Mクラスプロセッサは、汎用コンピューティング、ローエンドサーバー、モバイルアプリケーション向けです。動作周波数は最大2.5GHzです。大容量メモリ、クアッドスレッド、オプションのNoCファブリックをサポートします。Mクラスプロセッサは、様々な消費電力と性能目標に合わせて最適化されています。[ 10 ]

Sクラス

Sクラスは、デスクトップおよびエンタープライズサーバー向けの64ビットスーパースケーラ、マルチスレッド版です。2～16コアをサポートし、クロック周波数は約1.2～3GHzです。[ 10 ]

Hクラス

Hクラスは、高度に並列化されたエンタープライズ、HPC、および分析アプリケーション向けの64ビットプロセッサです。コアはCクラスまたはIクラスの組み合わせで構成でき、シングルスレッド性能に応じてコアを選択できます。Hクラスは最大128コアを搭載し、コアごとに複数のアクセラレータを搭載しています。[ 10 ]

実験的なプロセッサ

これらは、高いセキュリティとフォールト トレラントを備えたプロセッサの開発に重点を置いた実験/研究プロジェクトです。

Tクラス

Tクラスは、メモリベースの攻撃から情報を保護するための追加のハードウェアサポートを提供することを目的としています。その設計は、空間的および時間的なメモリ攻撃を軽減するための統合ハードウェアフレームワークに重点を置いています。[ 12 ]

Fクラス

Fクラスは、ベースクラスプロセッサのフォールトトレラントバージョンです。冗長化された計算ブロック（DMRやTMRなど）、永続的な障害を検出するための時間的冗長モジュール、ロックステップコア構成、障害局所化回路、重要なメモリブロック用のECC、冗長バスファブリックなどの機能を備えています。[ 13 ]

テープアウト

これまでに、 2 つの C クラス プロセッサ (コード名RIMOおよびRisecreek ) と 1 つの E クラス プロセッサ ( Moushik ) がテープアウトされています。

リモ

RIMOは、モハリの半導体研究所で180nmプロセス技術を用いてテープアウトされたShakti CクラスベースのSoCのコードネームです。144平方mmのチップは、最大70MHzの動作周波数で動作することが試験されています。このチップは、208ピンのセラミック・クアッド・フラット・パック（CQFP）にパッケージされています。[ 6 ]

ライズクリーク

CREEKは、 Intelのオレゴン工場で22nm FinFETプロセスを用いてテープアウトされたShakti CクラスベースのSoCのコードネームです。16mm²のチップは、最大350MHzの動作周波数で動作することがテストされています。チップは208ピンのボール・グリッド・アレイ（BGA）にパッケージされています。[ 6 ]

ムシク

Moushikは、SCLで180nmプロセス技術を用いてテープアウトされたShakti EクラスベースのSoCのコードネームです。動作周波数は100MHzで、Ardonyx 1.0と呼ばれるマザーボードと共に開発されました。[ 14 ]

虹彩

インド工科大学マドラス校とISRO慣性システムユニットは、 2025年2月にSHAKTIベースラインプロセッサをベースにした64ビットIRIS（Indigenous RISC-V Controller for Space Applications）チップの設計と起動に成功した。[ 15 ]チップ構成は、ISROミッションで使用されるデバイスとセンサーの処理能力と機能要件を考慮して設計されている。信頼性を向上させるため、フォールトトレラントな内部メモリがSHAKTIコアとインターフェースされている。[ 16 ]

IRISは、 2018年のRIMO、2020年のMOUSHIKに続き、 SCLが180nmプロセスを用いて製造した3番目のチップです。チップのパッケージングプロセスはTata Advanced Systemsが担当しました。Syrma SGSが設置と組み立てを行い、PCB Powerがマザーボードを開発しました。チップの設計、製造、パッケージング、マザーボードの設計と製造、ソフトウェア、ブートはすべてインドで完了し、専門知識と完全な半導体エコシステムの存在が実証されました。チップの性能を検証するために、飛行試験が予定されています。[ 17 ] [ 18 ]

RIMOとRisecreekの特徴

RIMO と Risecreek の機能の一部は次のとおりです。

開発ボード

EクラスとCクラスの両方のプロセッサに対応した開発ボードがあります。各プロセッサクラスのボードサポートの詳細については、以下をご覧ください。

E-arty35T

  • E-arty35TiはShakti Eクラス[14]をベースにしたSoCである。
  • E-arty35TiはArtix 7 35Tボードでサポートされます。
  • 32ビットEクラスの短縮版であり、I、M、A、Cが含まれます。[ 8 ]

C-arty100T

  • C-arty100TiはShakti CクラスをベースにしたSoCです。
  • C-arty100TiはArtix 7 100Tボードでサポートされます。
  • 64ビットCクラスの短縮版であり、I、M、A、F、D、Cが含まれます。[ 9 ]

商用サポート

アルテアエンジニアリングは2021年7月から、世界中の顧客向けの組み込みシステムファームウェアサポートポートフォリオにEクラスプロセッサを追加しました。[ 19 ]

スワデシマイクロプロセッサチャレンジ

2021年12月7日、インド電子情報技術省がスワデシマイクロプロセッサチャレンジの優勝者を表彰しました。チャレンジのさまざまな段階で、参加者はハードウェアプロトタイプの開発と参加チームによるスタートアップのインキュベーションのために最大4.40億ルピーの資金を受け取ります。C-DACとIITマドラスは、VEGA 32ビットおよび64ビットプロセッサとShaktiをベースにしたSoC、THEJAS32とTHEJAS64をこのチャレンジで利用できるようにしました。参加チームは、さまざまな設計でSoCを正常に実装しました。30のファイナリストチームから10チームが勝利しました。チームVEGA FCS FT（AIドローン）は、ドローンアプリケーションで35万ルピーの小切手を受け取りました。2位のチームHWDLは、FMラジオデータシステムユーティリティで30万ルピーを受け取りました。3位のチームCytoxは、細胞カウントプロジェクトで25万ルピーを受け取りました。その他のチームはそれぞれ4位を分け合い、200万ルピーの小切手を受け取りました。チームは、Astrek Innovations（障害者用下肢エクソスーツ）、Team 6E Resources（下水処理場の遠隔監視と最適化）、Team Anshashodhak（核分光法アプリケーション用の独自のキャリブレーションシステム）、Team Quicproc（ワイヤレス母体モニタリングシステム）、Team Avrio Energy（エッジインテリジェンスとディープラーニングを搭載したAIエネルギーメーター）、Team JayHawks（盗難防止ジオフェンシングベースのロックシステム）です。[ 20 ] [ 21 ]

スワデシマイクロプロセッサチャレンジのファイナリスト30チームは、インド最大の電子システム設計・生産センターであるメーカービレッジからインキュベーション支援を受けました。[ 22 ]

参照

VEGAシリーズ-先端コンピューティング開発センターが開発したRISC-Vプロセッサ

参考文献

  1. ^ "Shakti" . IIT Madras. 2021年. 2024年9月4日閲覧。
  2. ^ a b c Veezhinathan, Kamakoti (2022年11月). 「Shaktiマイクロプロセッサの構築」 . cacm.acm.org . 2022年11月15日閲覧。
  3. ^ 「IIT-Madrasが『インド初のマイクロプロセッサ』Shaktiを開発」 NDTV Gadgets 360 2018年11月2日 2020年4月10日閲覧。
  4. ^ Jacob, Shine (2025年2月11日). 「IITマドラスとイスラエル研究機関、宇宙研究などの分野向け半導体を開発」 . Business Standard . 2025年2月11日閲覧。
  5. ^ Gala, Neel; Menon, Arjun; Bodduna, Rahul; Madhusudan, GS; Kamakoti, V. (2016年1月). Shaktiプロセッサ：オープンソースハードウェアイニシアチブ. 2016年第29回国際VLSI設計会議および2016年第15回国際組込みシステム会議（VLSID）. pp.  7– 8. doi : 10.1109/VLSID.2016.130 . ISBN 978-1-4673-8700-2. S2CID  14815714 .
  6. ^ a b c d e「Shakti開発ボードユーザーマニュアル」（PDF） . Shakti . 2010年4月10日閲覧。
  7. ^ a b c「Shakti - オープンソースのインド製マイクロプロセッサ＆マイクロコントローラ」 Engineer 's Asylum 2020年4月7日. 2020年4月10日閲覧。
  8. ^ a b「ARTY-A7-35tボード上のEクラス」 GitLab 2020年4月10日閲覧。
  9. ^ a b「ARTY-A7-100tボード上のCクラス」 GitLab 2020年4月10日閲覧。
  10. ^ a b c d「プロセッサー」。シャクティ。 2020年4月10日閲覧。
  11. ^ Ranganathan, Nitya. 「Shakti I クラス：入門」（PDF） . Shakti . 2020年4月10日閲覧。
  12. ^「Shakti-T: 軽量セキュリティ拡張機能を備えたRISC-Vプロセッサ」。セキュリティとプライバシーのためのハードウェアおよびアーキテクチャサポートに関する議事録。2017年6月25日。pp.  1– 8。doi : 10.1145 /3092627.3092629。ISBN 9781450352666. S2CID  207646970 . 2020年4月10日閲覧.
  13. ^ Gupta, Sukrat; Gala, Neel; Madhusudan, GS; Kamakoti, V. (2015年11月). Shakti-F: フォールトトレラントなマイクロプロセッサアーキテクチャ. 2015 IEEE 24th Asian Test Symposium (ATS). pp.  163– 168. doi : 10.1109/ATS.2015.35 . ISBN 978-1-4673-9739-1. S2CID  7705965 .
  14. ^ 「IoTデバイス向けのインド製Atmanirbharマイクロプロセッサチップ『Moushik』をご覧ください」 WION 2020年9月24日. 2020年9月25日閲覧。
  15. ^ PTI​​ (2025年2月12日). 「インド工科大学マドラス校とISROが宇宙用途向け国産航空宇宙チップを開発」 . The Hindu . ISSN 0971-751X . 2025年3月3日閲覧。 
  16. ^ Tripathi, Sibu Kumar (2025年2月11日). 「ISROとインド工科大学マドラス校が国産半導体チップを開発」 . India Today . 2025年2月11日閲覧。
  17. ^ 「IITマドラスとISROが航空宇宙品質の半導体チップを共同開発」 BusinessLine 2025年2月11日 2025年2月11日閲覧。
  18. ^ Chauhan, Rishab (2025年2月11日). 「IITマドラスとISROがMake in Indiaの支援を受けてSHAKTIベースの半導体チップを開発」 . India Today . 2025年2月11日閲覧。
  19. ^ MP, Sidharth (2021年7月6日). 「インド国産マイクロプロセッサShaktiが、テクノロジー大手Altairの製品群に加わる」 . WION . 2021年7月9日閲覧。
  20. ^ 「MeitYがマイクロプロセッサチャレンジの優勝者を祝福、参加者は財政支援を受ける」 Business Today 2021年12月7日. 2024年9月5日閲覧。
  21. ^ Rao, S Krishnakumar (2021年12月3日). 「VEGAプロセッサ：スワデシのコンピューティング設計におけるインドのAtmaNirbhar化」(PDF) . 先端コンピューティング開発センター. 2024年9月4日閲覧。
  22. ^ 「デジタル大学ケラ校のメーカービレッジ、スワデシ・マイクロプロセッサ・チャレンジの優勝者10名を育成」英語.Mathrubhumi .2021年12月10日. 2024年9月5日閲覧。
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