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RISC-V hat sich in der Technikwelt eine illustre Fangemeinde aufgebaut. Intel, Google und wohl auch Apple liebäugeln damit. Nur bei der fertigen Hardware sieht es überschaubar aus – mit Hoffnungsschimmern.

Dass Google RISC-V in sein Android Open Source Project (AOSP) aufgenommen hat, war eine der guten Nachrichten beim RISC-V-Summit im Dezember 2022. Dass der Konzern offiziell eine Portierung auf die freie CPU-Befehlssatzarchitektur unterstützt, hatte RISC International bereits vorher vermeldet. Laut der Stiftung hat bereits das Upstream Enablement begonnen, erste Patches für den RISC-V-Support werden also schon eingepflegt. Zwar dämpft Google die Erwartungen, dass demnächst Smartphones auf RISC-V-Basis auf den Markt kommen, ein Ritterschlag ist es dennoch.

Die Patches stammen laut RISC International vom chinesischen Unternehmen Alibaba [1]. Der zu Alibaba gehörende Halbleiterhersteller Pingtou Ge hatte Anfang 2021 eine entsprechende Android-Portierung auf RISC-V angekündigt. Die ersten von Alibaba zur Aufnahme eingereichten Patches sollen vor allem die Grundfunktionen des AOSP für RISC-V zur Verfügung stellen, damit sich das Mobilbetriebssystem überhaupt für die CPU-Architektur kompilieren lässt.

Rennpferd

Beim RISC-V Summit Ende 2022 stellte Intel zusammen mit SiFive das HiFive Pro P550 Development System [2] vor. Intel selbst führt seine RISC-V-Plattform unter dem Codenamen “Horse Creek”. Sie ist mit einer Quad-Core-CPU SiFive Performance P550 ausgestattet und in die Intel-4-Technologieplattform integriert, teilten die Partner mit. Einen Prototyp gab es beim Summit bereits zu sehen, das Board soll im Sommer 2023 in den Handel kommen. Zukunftsmusik also, aber eine für RISC-V-Interessierte durchaus vielversprechende.

Erfreuliche Klänge gibt es auch in Sachen Specs: Der Chip ist in Intels neuer 4-Nanometer-Technologie gefertigt. Das verspricht mit den Funktionsblöcken des Herstellers für PCIe und DDR5 ein leistungsfähiges System on Chip (SoC). Bislang sprechen SiFive und Intel von vier integrierten P500-Kernen, die mit über 2 GHz takten, und von 16 GByte DDR5-RAM. Das Entwicklerboard kommt im MicroATX-Formfaktor.

Grafikeinheit an Bord

Dass Single Board Computer (SBCs) mit RISC-V-Chips bisher eher versierte Bastler ansprachen statt die breite Masse, lag vor allem an der fehlenden leistungsfähigen Grafikeinheit. Das chinesische Unternehmen StarFive verspricht nun mit seinem SoC JH7110 eine solche. Sie integriert vier RISC-V-Kerne sowie eine 3D-Grafikeinheit und lässt sich unter Debian betreiben.

Der SBC VisionFive 2 (Abbildung 1) bringt eine BXE-4-32-MC1-Grafikeinheit mit, die StarFive von Imagination Technologies zukauft [3]. Decoder für H.264, H.265 (beide mit 4K bei 60 fps) und JPEG sowie Encoder für H.265 (1080p bei 30 fps) und JPEG sind verbaut. Auch für AES und diverse Hashing-Algorithmen gibt es Beschleunigerhardware. Zudem integrierte StarFive einen PCIe-2.0-Block mit zwei Lanes.

Abbildung 1: Der RISC-V-SBC VisionFive 2 integriert eine leistungsfähige Grafikeinheit. Quelle: Golem.de

Mit einem Footprint von 100 x 74 Millimeter entspricht der SBC in etwa dem Pico-ITX-Format. Das rund 90 Euro teure Board bietet umfangreiche Anschlussmöglichkeiten. Der HDMI-2.0-Ausgang liegt zwischen zwei Ethernet- und vier USB-3.0-Buchsen, daneben lassen sich per Flachkabel zwei Displays und eine Kamera anschließen (MIPI DSI und CSI).

Auf der Rückseite sitzen die Speichermedien: Es gibt je einen eMMC- und SD-Karten-Slot sowie einen M.2-Steckplatz für NVMe-SSDs. Der ist allerdings mit nur einer Lane angebunden, die andere geht zum USB-3.0-Controller. Mit 500 MByte/s Durchsatz wäre die SSD aber noch immer wesentlich schneller als SD-Karte und eMMC-Modul.

Eine 40-polige Stiftleiste stellt 28 GPIOs bereit, von denen sich einige mit verschiedenen Controllern (CAN, I²C, I²S, SPI, UART) verbinden und per PWM-Modul oder Software ansteuern lassen. Bei einem Test [4] des VisionFive 2 prüften die Kollegen von Golem.de die Kompatibilität der Stiftleiste zum Raspberry-Pi-Pendant. Dabei zeigte sich, dass die Pin-Belegungen größtenteils identisch ausfallen. Die Spannungsversorgung findet sich an gleicher Stelle, dasselbe gilt für UART, SPI, I²C und PWM. Die Betriebsspannung beträgt wie beim RasPi 3,3 Volt.

Im Test folgte nach einigen Hürden und notwendigen Aktualisierungen bei der Anmeldung erst einmal die große Ernüchterung: Die Benutzeroberfläche XFCE reagierte unglaublich träge. Es dauerte eine knappe Sekunde, das Anwendungsmenü zu öffnen; die Auswahl des aktuellen Elements folgte dem Mauszeiger mit etwa ebenso großer Verzögerung. Das weckte Erinnerungen an das allererste Raspberry-Pi-Modell.

Der Grund für die zähe Reaktion der grafischen Oberfläche war schnell gefunden: Alle Operationen erfolgen auf den RISC-V-Kernen. Schon das Bewegen der Maus über das geöffnete Anwendungsmenü lastet einen der vier Cores komplett aus. Eine Beschleunigung durch die Grafikeinheit – eigentlich die zentrale Neuerung des JH7110 – erfolgt hier also noch nicht.

Schnell stellte sich heraus, dass alle Anwendungen, die OpenGL nutzen, nicht funktionierten. Imagination unterstützt die Schnittstelle offenbar aktuell für die BXE-Grafikeinheit nicht, was VisionFive mittlerweile bestätigte. OpenGL für eingebettete Systeme (OpenGL ES) sowie die Schnittstelle Vulkan hingegen funktionierten im Test, wenn auch teils erst nach etwas Herumprobieren.

Das Fazit der Golem-Kollegen lautete: “Aktuell kommt man noch schnell an Punkte, an denen tiefergehende Kenntnisse erforderlich sind oder Optimierungen fehlen. Wer gute Linux-Kenntnisse und ein wenig Erfahrung beim Kompilieren von Software hat sowie Abstriche bei der Leistung in Kauf nimmt, dem können wir den VisionFive 2 guten Gewissens empfehlen. Wer einfach nur einen gut funktionierenden SBC mit stabilem Ökosystem sucht, sollte lieber zum Raspberry Pi greifen.”

Für Bastler

Von Pine64 kommt der Mikrocontroller Ox64 [5] auf Basis der RISC-V-Architektur (Abbildung 2). Er beherbergt ein vollständiges System mit CPU, RAM und Massenspeicher. Der eingesetzte SoC Bouffalo Lab BL808 kombiniert zwei RISC-V-Cores von Alibaba, den T-Head C906 (64 Bit, 480 MHz) und den T-Head E907 (32 Bit, 320 MHz). Dazu kommt eine BLAI-NPU für Machine-Learning-Anwendungen.

Abbildung 2: Der Mikrocontroller Ox64 von Pine64 arbeitet mit zwei RISC-V-Cores. Quelle: Pine64

Dem SoC stehen 64 MByte PSRAM und 128 MByte Flash-Speicher sowie optional eine MicroSD-Karte zur Verfügung. Der Ox64 kommuniziert über Wi-Fi 4 (IEEE 802.11n) und Bluetooth 5.0, zudem unterstützt er das Smart-Home-Protokoll Zigbee (IEEE 802.15.4). Pine64 listet die MCU als verfügbar, im Pine-Store [6] kostet das Modell mit 128 MByte Flash-Speicher 8 US-Dollar. Hinzu kommen Versandkosten und Steuern.

RasPi im Visier

Dass man mit RISC-V durchaus ARM-SBCs Konkurrenz machen kann, will auch ClockworkPi mit seinem R-O1 [7] beweisen. Mit diesem auf RISC-V basierenden Core-Modul lässt sich beispielsweise das portable Terminal DevTerm (Abbildung 3) des Herstellers bestücken. Das klappt selbst nachträglich, da das R-01 auch einzeln erhältlich ist.

Abbildung 3: Das ClockworkPi DevTerm R-01 verwendet ein Core-Modul mit RISC-V-Chip. Quelle: ClockworkPi

Als Grundlage des R-01 kommt ein Allwinner D1 zum Einsatz. Bei dessen einzelnen, mit maximal 1 GHz getakteten Core handelt es sich um einen XuanTie C906 (RV64GC) der Alibaba-Tochter T-Head. Das Modul bringt 1 GByte DDR3-Arbeitsspeicher mit. Über eine GPU verfügt das im Vergleich zur ARM-Konkurrenz eher rudimentäre SoC nicht, sodass nur Software-Rendering infrage kommt.

Interessierte Bastler weist die ClockworkPi-Community explizit darauf hin, dass das RISC-V-Modul noch “höchst experimentell” ist und Erfahrung mit Linux-Systemen und Open-Source-Software voraussetzt. Einsteigern empfiehlt die Community, sich nach anderen Geräten umzusehen, was die Kollegen von Golem.de nach ihrem Test [8] bestätigten. Wer sich das Core-Modul R-01 kauft, sollte sich darüber im Klaren sein, was das bedeutet.

Es gilt, zuerst das von der Community bereitgestellte Image auf eine SD-Karte zu flashen und das System zu starten. Passend zum Retro-Look des DevTerm landet man anschließend auf einem Desktop mit dem Window-Manager Twm, der an die frühen 1990er-Jahre erinnert. Gkrellm zeigt Systeminformationen wie etwa die aktuelle CPU-Last an. Eine Art Willkommensfenster nennt das voreingestellte Login samt Passwort, weist auf das Aktivieren einer SSH-Session hin und erklärt, wie an sich über den NetworkManager mit dem Internet verbinden kann. Das klappt per WLAN problemlos, und man darf mit Linux unter RISC-V loslegen.

Da die Tastatur des DevTerm sich für produktive Arbeit eher nicht eignet und auch eine HDMI-Ausgabe noch nicht funktioniert, sieht man sich am besten per SSH auf dem Linux-System um. Es basiert auf Ubuntu 22.04 “Jammy Jellyfish” und ermöglicht auf den ersten Blick den gewohnten Umgang mit der Software. Doch ganz so leicht fällt der auch wieder nicht, wie ein Blick ins DevTerm-Forum zeigt. So sind die Paketquellen standardmäßig auf den Entwicklungszweig devel eingestellt statt auf jammy. Zudem gibt es bei Upgrades wohl Schwierigkeiten mit dem Überschreiben der Bootloader-Konfiguration. Außerdem treten Probleme im Zusammenhang mit dem Kernel und Systemd auf, die vor einem Update gelöst werden wollen.

Davon abgesehen lässt sich die RISC-V-Platine aber schnell für einfache Tests nutzen. So ist ein HTTP-Server in Python schnell aufgesetzt. Das Kompilieren kleiner C-Programme klappt ebenfalls problemlos, auch wenn es auf dem Single-Core mit nur 1 GHz Taktrate etwas mehr Zeit in Anspruch nimmt als gewohnt. Die begrenzte Performance macht sich auch an anderen Stellen deutlich bemerkbar. So dauert das Installieren von Paketen samt eventuellem Ausführen von Skripten sehr lang, die CPU läuft dabei mit Volllast.

Das Core-Modul R-01 mit RISC-V-Chip und 1 GByte RAM kostet 30 US-Dollar plus derzeit 15 US-Dollar Versand nach Deutschland. Wirklich empfehlen lässt sich die Benutzung derzeit allerdings nur in Kombination mit dem bereits erwähnten DevTerm. Diese Kombination aus Gehäuse, Erweiterungsplatinen und dem Core-Modul kostet 239 US-Dollar zuzüglich Versandkosten.

Reifeprozess

Was mit reinen Bastler-Boards begonnen hat, nimmt langsam Fahrt auf. Auf der Webseite von RISC International findet sich eine Übersicht der Anbieter von Entwicklerboards [9]. Die freie Plattform RISC-V lockt die Branchengrößen durch den Entfall von hohen Lizenzgebühren, die ansonsten an den RISC-Primus ARM zu entrichten wären. (uba/jlu)