如果說半導體的擴展速度僅僅是放緩而不是失效的話，那么SoC設計者面臨的挑戰是找到滿足更大計算性能需求的方法。在2018年著名的圖靈演講中，Hennessey和Patterson就指出，需要新的方法來解決擴展失敗的問題，并預測了 "計算機架構的黃金時代"。眾所周知應對這一挑戰的一個關鍵方法是在架構上進行創新，并創造更多的專用處理單元--如領域專用處理器和加速器。

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自動化創建特定應用處理器！

根據定義，專用的處理器核將根據其工作負荷而有很大的不同。有些可能很容易通過定制現有的RISC-V處理器核來開發。然而，這種方法并不是在每一種情況下都有效，有時可能需要開發一個新的架構。在這種情況下，有必要進行指令集架構（ISA）和微架構空間探索，以找到一個好的設計方案。

傳統上，定制內核的開發是通過手動創建指令集模擬器（ISS）、軟件工具鏈和RTL。這個過程可能很耗時而且容易出錯。另一種方法是用高級語言描述處理器核，并使用處理器設計自動化來生成ISS、軟件工具鏈、RTL和驗證環境。

而第二種方法正是Codasip所能提供的核心技術之一。Codasip Studio作為一個獨特的高級處理器設計自動化工具集，它已被應用于RISC、DSP和VLIW設計中。在Codasip，我們利用Codasip Studio 來開發所有的RISC-V處理器核。處理器使用CodAL架構語言進行描述，其中包括指令精確（IA）和周期精確（CA）的描述。

利用Codasip Studio探索指令集

開發一個為特定應用而優化的內核的第一步是定義指令集。如果RISC-V的標準字長如32位或64位是可以接受的，那么相應的基本整數指令集可以是一個很好的起點，用以節省時間。然而，如果選擇不同的字長，如8位或16位，那么就不能直接使用RISC-V。相反，應該開發基于較小字長的指令，這一點上，谷歌在開發8位張量處理單元（TPU）時的方法值得借鑒。

Codasip CodAL

一旦定義了初始指令集，就可以在SDK in the loop中進行迭代探索。我們建議使用Codasip的CodAL處理器描述語言來描述指令集、資源和語義，而不是使用一個開源的工具鏈或指令集模擬器，如GCC、LLVM或Spike。一旦指令集被建模，軟件工具鏈（或SDK）就可以使用Codasip Studio工具集自動生成。該SDK可以用來描述真實的應用軟件，并且可以識別軟件中的任何熱點。

SDK in the loop

一旦熱點被確認，就可以調整指令集以更好地滿足計算負載。CodAL中更新的描述可以用來生成一個SDK，以便進一步分析。這可以通過進一步的迭代重復進行，直到ISA被最終確定。

利用Codasip Studio定義微體系架構

有了一個穩定的指令集，第二步就需要用CodAL來開發微架構。需要決定并行的形式（如多發射問題）或流水線深度或特權模式，這些決定將導致一個新的迭代階段( HDK in the loop )。

HDK in the loop

CodAL被用來定義一個使用現有指令集和資源的內核的循環精確描述。反過來又可以用來生成CA模擬器、RTL和測試平臺。設計的性能可以用CA仿真器、RTL仿真或FPGA原型來評估。RTL可以進行硅面積和時序分析。如果微架構沒有達到其目標，可以對其進行修改并重新生成HDK。

最后一步同時也是最重要的便是根據IA黃金參考來驗證最終的RTL。Codasip Studio可以為此生成UVM驗證環境。此外，Codasip Studio具有幫助功能覆蓋和生成隨機匯編程序的工具。當然用戶還應該使用自己的定向測試并應用多種驗證策略。

審核編輯：湯梓紅