Descripció del projecte
En els darrers anys i impulsat per diferents institucions, ha emergit amb força una iniciativa de “Instruction Set Architecture” (ISA) amb llicència GNU anomenada RISC-V. La pretensió és canviar el paradigma en la implementació de System-on-Chip (SoC), alliberant al mercat de l’oligopoli actual on ARM, Intel i AMD es reparteixen pràcticament la seva totalitat. Val a dir que les moti-vacions que fomenten aquest tipus d’iniciatives tenen diferents vessants més enllà de la pura-ment econòmica. Per una banda, el control de la tecnologia, ja que la UE ha perdut totalment la capacitat de comandar el desenvolupament i fabricació de dispositius basats en microprocessa-dor, doncs Intel i AMD són empreses nord-americanes mentre que ARM, que inicialment era del Regne Unit, ha canviat d’estatus causa de la seva adquisició per capital japonès. A més, una altra raó de pes a favor de RISC-V és la potència demostrada per les iniciatives de programari lliure que permeten accelerar els desenvolupaments de software de manera exponencial sense la ne-cessitat d’incórrer en despeses per “royalties” de llicències.
Per altra banda, Forbes preveu que es dupliqui el volum del mercat associat a la “Internet de les Coses” (IoT), aconseguint els 520 bilions de dòlars en 2021. Els requisits dels processadors per a aquest tipus de sistemes són clarament diferents als necessaris per a aplicacions tipus “mainfra-me”, PC o smartphone, on el rendiment té un paper fonamental. Hi ha multitud d’iniciatives per al desenvolupament de microprocessadors basats en la ISA RISC-V, la majoria de les quals intenta optimitzar el disseny pel costat de les altes prestacions mitjançant l’ús d’arquitectures avançades, el desenvolupament de sistemes multi-core o integrats amb GPUs. En el cas de la IoT, els requi-sits necessaris exigeixen arquitectures més simples, barates i fortament optimitzades en termes de consum.
Paral·lelament i en el marc de la IoT, assistim a l’eclosió de diferents protocols de xarxa que do-nen suport a la connectivitat entre diferents dispositius. Essencialment hi ha quatre tecnologies que donen suport a aquest tipus de comunicacions:
– Tecnologies tradicionals de comunicacions sense fil.
– Tecnologies ad-hoc de curt abast que necessiten d’una infraestructura de repetidors.
– Dispositius que es connecten a dispositius mòbils com a passarel·la de dades (Bluetooth, NFC).
– Tecnologies de baix consum i llarg abast específiques per a la IoT (SigFox, Lora, LTE 4G adapta-des).
Addicionalment, cal tenir en compte que els problemes de seguretat en la IoT han anat creixent en els darrers anys, ja que cada cop és més evident que els dispositius IoT són, per la seva natura-lesa, insegurs. I aquesta realitat és altament alarmant degut a que Internet, que és el medi on habiten, és intrínsecament insegura. Per tant, l’establiment de mecanismes seguretat i privadesa efectius, com l’encriptació, l’autenticació i l’emmagatzemament segur de les dades, han de ser una pedra angular en el desenvolupament dels dispositius IoT.
La idea que es pretén investigar en aquesta proposta de doctorat industrial és el desenvolupa-ment d’una plataforma de desenvolupament que uneixi tots els conceptes exposats anterior-ment, facilitant el desenvolupament d’un microprocessador basat en l’ISA RISC-V optimitzat per a la IoT, fent ús de tecnologies de comunicacions de llarg abast específiques i proveint de la segu-retat i privacitat de dades imprescindible per als dispositius resultants. Aquest microprocessador IoT no ha de ser només de propòsit general sinó que caldrà optimitzar-lo per ser competitiu en sectors específics. En aquest sentit, per exemple, NVISION disposa comercialment d’una plata-forma aplicada als sensors de gasos en l’àmbit de la monitorització de persones grans, però tam-bé en el mesurament mediambiental de la qualitat de l’aire. I un altre exemple és el producte Foxguardian, que actua sobre Sigfox amb sensors de moviment i botó d’alarma aplicable als sec-tors de la seguretat i la teleassistència, que requereix d’una optimització màxima del seu micro-processador i d’un consum molt baix d’energia.
En tot cas, l’objectiu final serà la implementació d’una versió de microprocessador RISC-V d’ultra baix consum. Amb aquest objectiu caldrà realitzar un estudi en profunditat sobre els requisits mínims en termes de recursos hardware que requereix aquest tipus d’aplicacions (nombre de bits del microprocessador, jerarquia de memòries, coma flotant, optimització de la ISA, etc.) Pel que fa a les tècniques de baix consum, es farà una implementació fent ús d’una tecnologia manomè-trica que inclogui tant les tècniques estàndard de baix consum (clock gating, llibreries multi-vt, etc.) com l’exploració de tècniques més dependents de la tecnologia i que requereixen del dis-seny de blocs analògics com el “Dynamic Voltage and clock scaling”.
