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2025年2月11日,印度理工学院马德拉斯分校与ISRO宣布,IRIS已在半导体实验室造出并成功启动。这是一款基于该校SHAKTI设计、面向太空系统的64位RISC-V控制器。按该校的说法,它是SHAKTI在SCL制造的第三款芯片,前两款是2018年的RIMO和2020年的MOUSHIK。
2025年2月11日,印度理工学院马德拉斯分校与ISRO宣布,IRIS这款面向太空系统的64位控制器芯片已经设计、制造、封装、装上电路板并成功启动,按该校的说法,全部在印度国内完成。这款芯片建立在SHAKTI之上,后者是该校的一个开放处理器设计家族。校长、SHAKTI项目负责人V. Kamakoti教授表示,这是SHAKTI在昌迪加尔半导体实验室(SCL)制造的第三款芯片,前两款是2018年的RIMO和2020年的MOUSHIK。
SHAKTI是一套任何人都可以阅读、复制和修改的处理器设计,已有数款芯片由它造出。各来源说明了这个家族是什么,现有哪些芯片,SCL能制造什么,ISRO对IRIS提出了什么要求,以及围绕这些内核成长起来的计划和公司。
一套任何人都能阅读的处理器设计
每个处理器都遵循一套指令集架构,也就是它能理解的操作清单。SHAKTI动机页面称,主流指令集都要授权:英特尔只向少数用户授权其指令集,Arm收取授权费和版税,有些授权费高达100万到1000万美元。RISC-V起源于加州大学伯克利分校的一个研究项目,是一项开放标准,RISC-V国际组织称其已批准的规范免收版税。SHAKTI的内核实现的就是它。项目主页称,SHAKTI各组件的源代码以三条款BSD许可证开放,Kamakoti在2019年的一次访谈中说,这意味着任何人修改设计都无需告知团队。他还说,这些设计用硬件描述语言Bluespec SystemVerilog编写。
Kamakoti在同一次访谈中讲了起步的原因。他说,从国外买来的处理器是一个黑盒子:买方可以确认它做了想要的事,却永远无法确认它没有做别的事,所以每个国家都应该有自己的处理器。名字来自团队最早研究的开放处理器,IBM的POWER。他说,power在梵语里就是shakti。团队发现OpenPOWER不如预想的开放,于是转向RISC-V,他把印度理工学院马德拉斯分校描述为RISC-V基金会的早期创始成员之一。
各来源给出三个起始年份。Kamakoti把这个项目追溯到2012年。项目自己的幻灯片说,SHAKTI诞生于2013年,当时团队研究各种指令集,伯克利方面找上门来,建议采用RISC-V。项目网站说它在2014年作为一项学术计划启动。幻灯片把电子和信息技术部(MeitY)的资助定在2018年,即印度微处理器开发计划开始的那一年。Kamakoti在2019年说,他的团队获得了MeitY约11 crore卢比的资助,一位校友出资约100万美元,用于他称为C-DISHA的中心。该校2025年的新闻稿把这个项目放在Prathap Subrahmanyam数字智能与安全硬件架构中心。
三类内核
处理器页面描述了一个按规模排列的家族。E类是三级流水线、顺序执行的嵌入式内核,用于智能卡、电机控制和机器人等低功耗场合。C类是五级流水线、顺序执行、带内存管理的控制器内核,能运行Linux,目标时钟范围为0.5到1.5 GHz。I类增加了乱序执行和多线程,目标为1.5到2.5 GHz。多核和面向服务器的类别,以及两个针对标记内存和容错的实验性类别,在同一页面上被描述为计划或研究项目。
这些芯片,从俄勒冈到昌迪加尔
| 芯片 | 内核 | 制造地 | 各来源给出的信息 |
|---|---|---|---|
| RISECREEK | C类 | 英特尔,俄勒冈,22 nm | 首批300枚芯片启动了Linux;IANS 2018年11月的报道把时间定在2018年7月,项目幻灯片把流片列在2017年;幻灯片给出350 MHz |
| RIMO | C类 | SCL,180 nm | 2018年11月1日有报道;幻灯片给出最高70 MHz |
| MOUSHIK | E类 | SCL,180 nm | Kamakoti称为2020年;项目流片页面给出75到100 MHz |
| IRIS-LV | C类 | SCL,180 nm | 2025年2月11日启动并宣布 |
据IANS报道,印度理工学院马德拉斯分校把2018年的两款SCL芯片描述为完全在印度设计和制造的第一款RISC-V微处理器。Kamakoti在2019年介绍了计划:设计在该校的RISE实验室,制造在SCL,验证在该校自己做的主板上进行。他还说,英特尔那款和SCL那款两枚芯片,相隔大约六个月造出。
制造工艺决定了速度的上限。Kamakoti在2019年说,SCL所用的180 nm工艺可达到最高100 MHz,经晶圆厂做些小的补充之后或许能到150至200 MHz。IANS对2018年那次发布的报道指出,许多应用所需的处理器都低于200 MHz。
SCL是什么
半导体实验室自称是MeitY下属的自治机构,也是国内唯一的集成器件制造设施,涵盖设计、制造、封装、测试和可靠性保证。它前身是政府企业Semiconductor Complex Limited,2006年9月1日被改组为空间部下属的实验室。依据2022年2月7日的一份通知,它的行政管辖权从空间部转到MeitY。IANS 2018年的报道把SCL说成ISRO的机构,这与它隶属空间部的那些年份相符。
SCL称,它有一条8英寸晶圆线,按JEDEC标准在180 nm CMOS节点上通过认证,供电选项有1.8 V、1.8/3.3 V或1.8/5 V,铝金属层为四到六层,另有一条用于微机电器件的6英寸线。印度理工学院马德拉斯分校的新闻稿把SCL放在昌迪加尔,PIB的一份新闻稿则把它放在莫哈利。印度半导体使命批准的商业芯片工厂是另一项计划,见半导体晶圆厂竞赛一文。
IRIS,一款构想于ISRO的控制器
IRIS是Indigenous RISC-V Controller for Space Applications(面向太空应用的印度本土RISC-V控制器)的缩写。印度理工学院马德拉斯分校的新闻稿说,这个想法来自特里凡得琅ISRO的惯性系统部门(IISU),他们提出要一款64位RISC-V控制器,并与该校一起制定了规格。配置根据ISRO各项任务所用传感器和系统的共同需求确定。SHAKTI内核上接入了容错的内部存储器,并加入了太空系统中使用的定制模块:CORDIC单元(用于三角函数计算的硬件模块)、看门狗定时器和先进的串行总线。多种启动模式和存储器扩展接口,为以后的任务留出了余地。项目的流片页面把这个内核列为180 nm CMOS的C类设计,封装为17 mm乘17 mm、219引脚的球栅阵列。
新闻稿点出了链条上的每个环节。SCL制造了芯片。塔塔先进系统公司(Tata Advanced Systems)在卡纳塔克邦的Perjenahalli封装。古吉拉特邦的PCB Power制造主板,金奈的Syrma SGS完成组装和贴装,印度理工学院马德拉斯分校编写软件并启动了它。SCL总干事Kamaljeet Singh说,芯片是用SCL的180 nm工艺制造的,包括掩膜版框架设计、GDS准备和测试,晶圆级验证由SCL与该校团队共同完成。
ISRO主席V. Narayanan博士称这是“印度制造”在半导体设计和制造上的一个里程碑。他还说:
计划不久后对基于这款控制器的产品进行飞行试验,性能将得到确认。
截至2026年11月5日,为本文查阅的各来源都没有报道飞行结果。
这项计划和围绕它的公司
2022年4月27日,MeitY宣布了印度数字RISC-V(DIR-V)计划,里程碑是SHAKTI和C-DAC的VEGA处理器在2023年12月前实现商用芯片和设计中标。Kamakoti被任命为首席架构师,S. Krishnakumar Rao为项目经理。C-DAC早先在超级计算机上的工作,见PARAM一文。
PIB 2023年11月17日的一份新闻稿列出了该计划下的流片:SCL 180 nm和英特尔22 nm的32位和64位SHAKTI处理器,SCL 180 nm的印度理工学院孟买分校32位AJIT处理器,以及Silterra 130 nm的VEGA处理器和SCL 180 nm的64位版本。同一份新闻稿说,C-DAC已用VEGA芯片做出了一系列ARIES开发板。2025年3月20日,MeitY宣布了DIR-V大挑战赛,以VEGA和SHAKTI处理器为核心,4月10日起接受申请。
已有公司开始在这些内核上做产品。项目的幻灯片列出了从这项计划中孵化出的五家初创企业,其中三家在2021年:Mindgrove、Securweave和Vyoma。RISC-V国际组织2023年的博客说,Mindgrove的芯片使用SHAKTI内核,InCore Semiconductors开发RISC-V处理器内核。Mindgrove成立于2021年,在印度理工学院马德拉斯分校孵化,称其Secure IoT芯片于2024年5月发布。其产品页面列出一个700 MHz的64位SHAKTI C类单核,采用28 nm工艺,带硬件加密、安全启动,以及评估板和邮票孔模块。
记录没有回答的问题
“第一款”这个说法出自印度理工学院马德拉斯分校2018年的发布,IANS报道称该校把SCL芯片说成完全在印度设计和制造的第一款RISC-V微处理器。Kamakoti一年后说得更窄:“我们还没有从IIT造出一款微处理器,”他说,并称这些芯片与微处理器相比非常小,还把让处理器启动Linux说成最难的部分。
ISRO主席2025年2月说已列入计划的IRIS飞行试验,截至2026年11月5日,在为本文查阅的各来源中没有已发表的结果。三款SCL芯片都是180 nm设计,SCL称这一工艺是它的基线,而Mindgrove的28 nm芯片显示这些内核可以放在更精细的节点上,不过这些来源没有说它在哪里制造。
资料来源与延伸阅读
- IIT Madras: IIT Madras and ISRO jointly developed and successfully booted a SHAKTI-based semiconductor chip (press release, 11 February 2025)
- SHAKTI project, IIT Madras: Tape-outs (IRIS-LV and MOUSHIK)
- SHAKTI project, IIT Madras: Processors (E, C and I classes)
- SHAKTI project, IIT Madras: Home page (programme and licence)
- SHAKTI project, IIT Madras: Motivation
- SHAKTI Processors Overview, slides by Kotteeswaran Ekambaram of the SHAKTI Lab (CERN Indico)
- The Fifth Estate, IIT Madras: SHAKTI, Open Source Microprocessors, an interview with Prof. V. Kamakoti (9 November 2019)
- Semi-Conductor Laboratory (SCL): Introduction
- Semi-Conductor Laboratory (SCL): CMOS process and fabrication facility
- PIB: Minister flags off the nationwide roadshow on the Digital India RISC-V (DIR-V) programme (17 November 2023)
- PIB: Year End Review 2022, Ministry of Electronics and Information Technology
- PIB: Government of India is democratizing chip designing in India (20 March 2025)
- Business Today: Digital India RISC-V Microprocessor (DIR-V) Program launched (27 April 2022)
- Business Standard, IANS: IIT-Madras develops India's first microprocessor Shakti (1 November 2018)
- The Quint, IANS: IIT-Madras develops India's first microprocessor, Shakti (2 November 2018)
- ETV Bharat: IIT Madras successfully boots IRIS-LV processor for ISRO (11 February 2025)
- RISC-V International: About RISC-V
- RISC-V International: The incredible growth of RISC-V in India (13 July 2023)
- Mindgrove Technologies: Secure IoT (S2401) product page
- Mela Ventures: Mela Ventures invests in Mindgrove Technologies (2024)
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