19.d2s3-4-20230823_Anping_He.pdf

1、全异步RISC-V处理器设计方法、实例和展望何安平何安平（）兰州大学兰州大学 信息科学与工程学院信息科学与工程学院RISC-V指令集架构和异步电路RISC-V指令集架构RISC-V在2010年诞生于美国加州大学伯克利分校，它是一种全新的、开源且高效的指令级架构，其精简、模块化和可定制等特点完美契合嵌入式处理器的需求。RISC-V指指令集架构令集架构指令集1基础指令集：RV32/64/128I扩展指令集：RVM/C/A/F.2机器模式、监管者模式、用户模式3中断、异常4特权级别通用寄存器组（GRF）控制状态寄存器组（CSR）浮点寄存器组（FPR）向量寄存器组（VR）寄存器定义硬件中断、定时器中断

2、非法指令异常、非对齐地址异常同步时钟方法异步无时钟方法同步与异步机制超大规模集成电路中的时钟同步、时钟分布和跨时钟域问题的代价越来越大，时钟功耗、时钟面积和电磁辐射等问题日益突出1 Sutherland I E,Ebergen J.Computers without Clocks-Asynchronous chips improve computer performance by letting each circuit run as fast as it can.Scientific American,2002.2 Spars,J.(2020).Introduction to Asynchr

3、onous Circuit Design.DTU Compute,Technical University of Denmark.超大规模集成电路中的时钟同步、时钟分布和跨时钟域问题的代价越来越大，时钟功耗、时钟面积和电磁辐射等问题日益突出vsvs异步电路的发展 里程碑Celement异步控制逻辑电路（1959，D.E.Mller）异步微流水线（Ivan Sutherland，1988图灵奖颁奖典礼）GasP异步控制逻辑（Ivan Sutherland，2001）Click异步控制逻辑（AMG Peeters,FT Beest,MD Wit,WC Mallon，2010）TrueNorth神经

4、拟态芯片（IBM，2016）1 D.E.Muller and W.S.Bartky.A theory of asynchronous circuits.In Proceedings of an International Symposium on the Theory of Switching,Cambridge,April 1957,Part I,pages 204243.Harvard University Press,1959.2 Ivan E.Sutherland.Micropipelines.Communications of the Acm,1989,32(6):720-738.3

5、 Ivan E.Sutherland and Jo Ebergen.Computers without clocks.Scientific American,2002,287(2):6269.4 Peeters A,Beest F T,Wit M D,et al.Click Elements:An Implementation Style for Data-Driven Compilation.Proceedings of the International Symposium on Advanced Research in Asynchronous Circuits&Systems,2010

6、:3-14.5 Akopyan F,Sawada J,Cassidy A,et al.TrueNorth:Design and Tool Flow of a 65 mW 1 Million Neuron Programmable Neurosynaptic Chip.IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems,2015,34(10):1537-1557.指令集架构逻辑工艺制程库PDK基础软件操作系统编译系统基础算法架构电子设计自动化微电子学数据库、框架软件等计算机组成、体系结构，算法