Un giro novedoso: Maxim Integrated elimina el riesgo del RISC-V con un microcontrolador de núcleo doble Arm/RISC-V

Si bien los núcleos Arm han demostrado ser fiables por sí mismos y ahora se encuentran en la mayoría de los dispositivos móviles y puntos terminales del IoT (Internet de las cosas), siempre es útil y alentador tener una alternativa, ya que no existe una sola solución para todos los casos.

Ingresemos a la CPU (unidad central de procesamiento) de 32 bits RISC-V. RISC-V (que se pronuncia risc-cinco) es una arquitectura de código abierto sin derechos de autor y es la primera competencia seria del ecosistema del núcleo de la CPU Arm, que ha estado arraigada durante mucho tiempo. La variante base RV32 tiene 31 registros de propósito general de 32 bits llamados x1 a x31 (el registro x0 está conectado directamente a 0). Admite extensiones a la arquitectura que permiten flexibilidad para diferentes aplicaciones. Por ejemplo, cuando se construye un microcontrolador, la extensión “B” de RISC-V admite la manipulación de bits nativa que, en mi vasta experiencia con microcontroladores, es una indicación de que la arquitectura se toma en serio los elementos profundamente integrados.

El desafío, sin embargo, es lograr que los ingenieros acepten una nueva arquitectura. El camino de la adopción siempre tiene obstáculos cuando se va en contra del impulso de adquisición existente.

Maxim Integrated solucionó este problema de adopción yendo en la dirección del impulso de adquisición. El MAX78000EXG+ es un microcontrolador de núcleo doble con un núcleo Arm Cortex-M4 de 100 megahercios (MHz), una FPU (unidad de punto flotante) y una amplia variedad de interfaces de comunicaciones seriales. Sin embargo, el núcleo Arm comparte el bus principal con un segundo núcleo RISC-V de 32 bits (Figura 1). El segundo núcleo no es la única razón que amerita un análisis más profundo del MAX78000EXG+. El microcontrolador tiene un acelerador de CNN (red neuronal convolucional) de 442 kilobytes (kB) para la coincidencia de patrones de IA (inteligencia artificial). El núcleo RISC-V actúa principalmente como un DMA (acceso directo a memoria) inteligente y programable para mover datos entre la CNN y la memoria en chip. Sin embargo, el núcleo RISC-V también puede funcionar de forma independiente, lo que convierte técnicamente al MAX78000EXG+ en un procesador de núcleo doble.

Figura 1: el microcontrolador MAX78000EXG+ de Maxim Integrated tiene un núcleo Arm Cortex-M4 con una FPU, junto con un núcleo RISC-V. Además, tiene una amplia variedad de interfaces seriales, así como una CNN para procesar la IA. (Fuente de la imagen: Maxim Integrated)

Ahora, podría hacer una comparación de las variantes de arquitectura y los ecosistemas de RISC-V y Arm, pero la cruda verdad es que, cada vez que un equipo de ingenieros adquiere una nueva arquitectura de microcontrolador que su empleador no utiliza, toma una decisión profesional. Por ejemplo, un fabricante de módulos corre el riesgo de que un integrador rechace su producto porque el núcleo principal que se usa en tal producto no es popular, o que use un término más confuso como “aceptado por la industria”. Pude observar esto en mi trabajo para una empresa de semiconductores cuando visité a un fabricante de módulos de cámaras digitales.

La empresa había fabricado un módulo de cámara digital impresionante basado en un DSP (procesador de señal digital) de un nicho preciso, y, cuando escribo “nicho”, me refiero a que tenía menos del 10% del mercado de DSP, según mis estimaciones. Independientemente de esto, el módulo de la cámara digital tenía estadísticas sorprendentes, y, a pesar de mi habilidad en el uso de PowerPoint y mi comunicación verbal altamente desarrollada, no pude persuadir al fabricante del módulo para que use mi DSP, en un principio.

Resultó que los integradores de la cámara digital que el fabricante de módulos contactó no compartían el mismo entusiasmo por el DSP de nicho. A pesar de la clara ventaja de desempeño, no hubo integradores de cámaras que estuvieran dispuestos a asociarse con la empresa y comprar su módulo. El núcleo del DSP de nicho con sus especificaciones impactantes pasó desapercibido; sin la adopción suficiente del mercado, existía la preocupación de que el DSP se descontinuara. Luego de una recalibración rápida, el fabricante de módulos regresó y transportamos su código a nuestro DSP.

Otra preocupación relacionada con la adquisición de un nuevo núcleo es que los ingenieros simplemente no tengan mucha experiencia, si tuvieran alguna, con la arquitectura. En este caso, pueden subestimar la manera en la que el núcleo puede funcionar en su aplicación o los requisitos reales de la memoria. A diferencia de la adquisición de un regulador de voltaje, puede tomar varios meses de trabajo de desarrollo, incluido el deslizamiento de características que a veces se filtra en la aplicación, antes de que se descubra que el núcleo seleccionado no obtiene los resultados esperados.

Maxim Integrated aparentemente solucionó los riesgos técnicos y comerciales asociados con la adquisición del núcleo RISC-V con el MAX78000EXG+. Cuando no se utiliza como un DMA inteligente, el núcleo RISC-V se puede usar como un segundo núcleo en la aplicación. Toda preocupación sobre el desempeño se desestima fácilmente gracias a la presencia reconfortante de Cortex-M4 y su FPU cercana.

Conclusión

La adquisición de un nuevo núcleo como el RISC-V puede traer incertidumbre sobre su desempeño en la aplicación. Todavía no se conocen sus requisitos de memoria y su idoneidad para el propósito previsto y puede tomar meses de codificación antes de que las capacidades se comprendan y se aprecien por completo. Sin embargo, el MAX78000EXG+ de Maxim Integrated permitió, en una de las mayores ironías de la ingeniería, que un núcleo Arm minimice las preocupaciones técnicas y comerciales de la adopción del núcleo RISC-V en una nueva aplicación.