明日『EdgeTech+ 2024』で、Chisel（チゼル）でデジタル設計した『独自RISC-Vチップ』と『VGAコントローラ』をデモします。
１．2024/11/20-22 横浜パシフィコ『EdgeTech+ 2024』のJASAコーナー
2024/11/20-22に横浜パシフィコで開催される『EdgeTech+ 2024』会場内の JASAコーナーで、『Marmot デモ』と『Chiselデモ』を展示します。
『EdgeTech+ 2024』のJASAコーナーは、パシフィコ横浜の展示ホール内に設けられています。JASAパビリオンは小間番号CR-11に位置し、JASAの活動紹介や会員企業の展示が行われています。Themes会場内の詳細な配置については、公式サイトや会場案内図をご確認ください。
２．『Marmot （RISC-Vチップ）デモ』
組み込みシステムの応用例としてMarmotチップを利用して、デモを設計しました。センサーによるリアルタイム温度測定をVGAディスプレイ上に表示。Google/eFabless無償シャトルを使いSHコンサルティング株が設計試作した独自RISC-Vチップ（俗称Marmot、130nm Skywaterプロセス、25MHzクロック動作）を使っています。温度センサーから取得した現在の温度データをアイコン付きで「現在の温度」をディスプレイに表示。使用しているディスプレイは、Marmotボードに接続されており、リアルタイムでの数値表示が可能です。現実世界のデータをハードウェアで処理し、即座に表示するアプリケーションの基盤技術を実演。
３．『Chisel （VGAコントローラ）デモ』
Chiselを使いデジタル設計をし、作成したVGA、FPGA基板を用いてVGAコントローラを設計し、これにディスプレイそ設計してグラフィカルなデモを実現しました。画面上でUFOを模したオブジェクトが移動するシンプルなアニメーションを表示します。UFOを模したオブジェクトが表示され、背景にはカラフルなパターンを生成します。
機能
(1) 背景の切り替え: ボタン操作で背景を切り替えることが可能。
(2) 動的オブジェクト: オブジェクトが画面上でスムーズに動作するようプログラムされています。
オブジェクトの表示や動作は、Chiselを活用してFPGA上で実装されています。アニメーションが動作します。
４．デモ展示の目的と見どころ
ご覧いただく際は、センサーでのデータ処理やFPGAでのグラフィック処理の動きをぜひご注目ください。
以上のデモを通じて、組み込みシステム技術の応用例をより身近に感じていただけることを目指しています。
(1) RISC-Vベースの設計とChiselによるFPGAデザインの可能性を示す。
(2) デジタル回路設計の柔軟性やグラフィック処理の応用例を紹介。
本デモは、エッジコンピューティングや組み込みシステム、FPGAを活用したアプリケーションの可能性を参加者に伝えることを目的としています。
Marmotデモ: 実用的な組み込みシステム設計の基礎を紹介。
Chiselデモ: ハードウェア設計の柔軟性や、グラフィック処理の実装を体感できる例を提供。
設置およびデモに関するお願い。
５．独自RISC-Vチップの紹介
eFablessから帰ってきたMarmot チップ
MARMOT チッププロット図
5.1. Marmot RISC-Vチップの概要
- 名称: Marmot RISC-V
- 試作: eFablessプラットフォームを利用して製造。
- 対象プロセス: MPW-6（Multi-Project Wafer 第6回目）。
- 設計コンセプト:
RISC-Vアーキテクチャをベースに、軽量で組み込みシステム向けのアプリケーションに適したSoC（System on Chip）を試作。
5.2. Marmotチップの特徴
RISC-Vアーキテクチャ:
- 完全オープンソースのRISC-V ISA（命令セットアーキテクチャ）を採用。
- 柔軟なカスタマイズが可能。
設計ツール:
- eFablessプラットフォームのオープンソースEDA（電子設計自動化）ツールを使用。
- ChiselやVerilogによる設計を採用し、効率的なプロトタイピングを実現。
目的:
- エッジデバイスやIoTアプリケーション向けの低消費電力プロセッサとして最適化。
製造技術:
- SkyWater 130nmプロセスを使用。
- オープンソースで利用可能なPDK（Process Design Kit）を活用。
主な機能:
- 簡易的なセンサーインターフェース。
- ディスプレイ表示（7セグメントまたはTFT）。
- GPIO（汎用入出力）やUARTなどの基本的な周辺機能。
5.3. 試作プロセスとMPW-6について
eFablessとMPWプログラム:
- eFablessのMPW（Multi-Project Wafer）プログラムは、複数の設計者が1つのウェーハで試作を共有することで製造コストを削減する仕組み。
- MPW-6は、SkyWater 130nmプロセスを用いて設計されたオープンソースのチップを製造。
プロジェクトの流れ:
- 設計データの提出 → EDAツールによる検証 → ファウンドリでの製造。
- Marmotチップは、MPW-6において複数のプロジェクトの1つとして製造された。
期間:
- 設計期間: 約3～4か月。
- 製造から試作品完成まで: 追加で3～6か月。
5.4. Marmotチップの応用例
組み込みシステム:
- 温度センサーや小型ディスプレイを搭載した低消費電力デバイスに利用可能。
教育用途:
- オープンソース設計を活用したチップ設計学習の教材として利用。
- 大学や研究機関でのハンズオンに適している。
IoTエッジデバイス:
- 軽量かつシンプルな設計を活かし、IoTネットワーク内でのデータ処理を担うノードとしての利用。
5.5. Marmot RISC-Vの意義
オープンソース技術の普及促進:
- オープンなチップ設計が可能になり、スタートアップや個人設計者が半導体開発に参入しやすくなる。
- RISC-Vエコシステムのさらなる発展に寄与。
コスト効率の高いチップ製造:
- eFablessプラットフォームにより、プロトタイピングのコストが大幅に削減。
- 学術機関や小規模企業でも物理チップの製造が可能に。
エッジデバイスの多様化:
- IoT時代において、特定用途向けのプロセッサを迅速に試作できることが重要。
- Marmotはその可能性を実証するデザインの1つ。
5.6. Marmotデモの予定（例）
- 会場: EdgeTech+ 2024（横浜パシフィコ）
- デモ内容:
- 温度センサーからのデータをリアルタイムでディスプレイ表示。
- Chiselで設計したVGA出力デモ（UFO表示）。
- 対象: RISC-VやFPGA技術に興味を持つエンジニア、学生、企業関係者。
5.7. 結論
Marmot RISC-Vチップの試作は、オープンソース技術を活用した新しい半導体開発の可能性を示しています。このプロジェクトは、教育・研究から実務まで幅広い応用が期待され、RISC-VとeFablessプラットフォームがもたらす革新の好例と言えます。
