Hardware
Neues Leben für die SuperH-Architektur
Zur Wiederbelebung der SuperH-Architektur, natürlich unter Linux, hat sich die Open Processor Foundation gegründet. Grund für die Initiative ist der Ablauf der Patente auf SuperH, wodurch möglicherweise extrem preisgünstige Chips realisierbar werden, deren Leistung mit ARM-Microcontrollern mithalten kann.
Open Processor Foundation
Blockdiagramm des J2-Kerns der Open Processor Foundation
SuperH ist eine Familie von RISC-Prozessoren, die in den 1990er-Jahren von Hitachi entwickelt wurde und in vielen Spielekonsolen Verwendung fand. In Japan war oder ist sie noch immer weit verbreitet. Der Linux-Kernel unterstützt SuperH entsprechend schon lange, und der Code scheint in guter Verfassung zu sein und auch die 64-bittige SH5-Familie zu unterstützen. Aus anderen Projekten wie
Buildroot ist SuperH dagegen mittlerweile herausgefallen.
Auf der LinuxCon Japan haben nun die Entwickler Jeff Dionne, Rob Landley und Shumpei Kawasaki ein Projekt angekündigt, das sich die auslaufenden Patente auf SuperH zunutze macht, wie LWN berichtet. Einige Patente sind bereits 2014 abgelaufen, die letzten Patente werden im kommenden Jahr ablaufen. Damit wird SuperH zu einer vollständig offenen Architektur, die als »Open Hardware«-Projekt weiterentwickelt werden soll. Es gibt bereits Designs für komplette Microcontroller mit SuperH-CPU, die beispielsweise mit einem FPGA realisiert werden können. FPGAs sind für den Masseneinsatz zu teuer, aber die Massenproduktion könnte dank fehlender Patent-Lizenzzahlungen Preise im Drei-Cent-Bereich ergeben, da ältere Produktionslinien mit brachliegenden Kapazitäten genutzt werden können.
Auch wenn die SuperH-Architektur bereits über 20 Jahre alt ist, darf ihr Wert nicht unterschätzt werden. Sie ist immer noch hinreichend modern und verfügt über einen außergewöhnlich kompakten Befehlssatz, der wohl nur von x86 übertroffen wird. Der Befehlssatz war sogar der Vorläufer des Befehlssatzes der ARM Thumb-CPUs. Darüber hinaus gilt SuperH als ausreichend schnell und stromsparend.
So hat das Team sich das SuperH-Design vorgenommen und einen neuen Prozessorkern namens J2 entwickelt. J2 stellt einen Nachbau von SH2 dar, der zwar einer der ältesten Prozessoren ist, aber mit seiner fünfstufigen Pipeline schnell genug für die Konsole Sega Saturn war. Der Nachbau fügt einige neue Instruktionen hinzu und macht den Prozessor damit noch effizienter. Ein Chip, der komplett unter eigener Kontrolle entworfen wurde, bringt zudem unschätzbare Sicherheitsvorteile mit sich.
Darüber hinaus will das Team ein erweitertes Design J2+ entwickeln, das mehrere Prozessorkerne und zusätzlich DSPs auf einem Chip vereinigt. Mit dem Ablauf der letzten Patente 2016 soll auch der auf SH4 beruhende J4 entstehen, der über SIMD-Instruktionen verfügt und für Set-Top-Boxen und Fahrzeugsysteme ausreichend ist. Auch von diesem Design soll es SMP-Varianten geben. In etwas weiterer Ferne ist ein 64 Bit-J6 geplant.
Die Entwicklung wird unter dem Dach der neu gegründeten gemeinnützigen Open Processor Foundation (OPF) stattfinden. Sie wird die Hardware-Designs unter einer BSD-Lizenz zur Verfügung stellen. Bereits fertig und im Einsatz ist der J1-Kern, der auf dem SH2 beruht und aus etwa 45.000 Logikgattern besteht. Der damit realisierte Chip läuft mit 125 MHz, hat eine fünfstüfige Befehlspipeline, vollständige Harvard-Architektur mit getrennten Befehls- und Datenspeichern, vier Koprozessor-Ports und einiges mehr. Die Spezifikation dieses Designs wurde jetzt veröffentlicht.
Jeff Dionne war bis 2003 der Betreuer von uCLinux, einem Linux-Kernel für Prozessoren ohne Speicherverwaltungseinheit. Aktuell ist er Geschäftsführer der Firma Smart Energy Instruments in Tokio. Rob Landley war einer der Hauptautoren von Busybox und arbeitet heutzutage an Toybox und Aboriginal Linux. Shumpei Kawasaki hingegen war einer der Entwickler der SH2-Architektur. Die Unterlagen zum Vortrag auf der LinuxCon Japan sind als PDF-Datei verfügbar.
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