單芯片超多核，又少了一塊技術(shù)壁壘

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）在當(dāng)下的數(shù)據(jù)中心中，基于Arm Neoverse的各種服務(wù)器芯片搶占了不少份額，比如AWS的Graviton等。這類(lèi)服務(wù)器芯片以極高的性能和極低的功耗，為云服務(wù)廠商提供了極致的性價(jià)比方案。然而可以被視為功臣的，不只是背后的Neoverse核心IP，還有將數(shù)十個(gè)處理器核心連接起來(lái)的NoC IP。

高端處理器芯片必備的NoC IP

在當(dāng)下的SoC設(shè)計(jì)中，為何需要NoC這一互聯(lián)IP。首先對(duì)于非x86的架構(gòu)而言，要想在同規(guī)格的芯片中達(dá)到類(lèi)似的多核性能往往很難實(shí)現(xiàn)，所以更多的核心數(shù)才是彎道超車(chē)的機(jī)會(huì)，這也就是我們看到Arm打入服務(wù)器陣營(yíng)的首批產(chǎn)品，都是基于數(shù)十個(gè)Arm核心構(gòu)筑的。

早在Arm早期的CoreLink CCN-512這一方案中，就已經(jīng)支持到了48核的芯片，同時(shí)可以保證緩存一致性。而如今的CoreLink CMN-700更是已經(jīng)支持到12x12的mesh網(wǎng)絡(luò)和最高128個(gè)CPU簇。這樣的NoC IP方案，也成了Arm Neoverse架構(gòu)實(shí)現(xiàn)超多核配置的關(guān)鍵組件。

但Arm的CoreLink方案僅僅局限在Arm核心上，如果想用其他架構(gòu)或是異構(gòu)的多核方案，就必須尋找另外的選擇。而在目前商業(yè)化較為成功的NoC IP中，除了Arm的CoreLink CMN系列以外，就非Arteris莫屬了。其客戶包含各大汽車(chē)芯片和AI芯片參加，包括海思、大疆、寒武紀(jì)、Mobileye等等。Arteris的NoC分為緩存一致和非緩存一致的NoC IP，分別為Ncore和Flex系列。

在Flex系列中，針對(duì)不同大小的SoC設(shè)計(jì)，Arteris推出了FlexWay入門(mén)級(jí)NoC IP，用于小型到中型的SoC設(shè)計(jì)，主要面向成本效益高、低功耗的IoT邊緣設(shè)備，但同時(shí)也需要FlexWay提供的高帶寬。而針對(duì)大型SoC設(shè)計(jì)，Arteris的FlexNoC提供了更大的Mesh生成選項(xiàng)（5x5）。

然而針對(duì)汽車(chē)、機(jī)器視覺(jué)以及高性能計(jì)算等場(chǎng)景，需要各個(gè)處理單元在共享內(nèi)存上同步，同時(shí)需要解決多個(gè)一致性協(xié)議的兼容問(wèn)題，比如CHI-E和CHI-B等。所以Arteris推出了Ncore這一緩存一致性NoC IP，支持以更高的處理器頻率和更低的時(shí)延來(lái)打造多核SoC。諸如Mobileye、Tenstorrent和NXP等，都是Arteris Ncore IP的授權(quán)客戶。

然而，即便對(duì)于Arteris的Ncore NoC IP來(lái)說(shuō)，也并沒(méi)有做到像Arm CoreLink CMN一樣做到上百個(gè)核心的互聯(lián)，盡管在最新的Ncore 3.6中最高支持到16個(gè)CPU簇，但市面上似乎并沒(méi)有具體落地的產(chǎn)品。

開(kāi)源NoC IP

今年5月21日，北京開(kāi)芯院發(fā)布了全球首個(gè)開(kāi)源的NoC IP，溫榆河。據(jù)了解，溫榆河的開(kāi)發(fā)從2022年就開(kāi)始了，并獲得了多家企業(yè)的支持。同時(shí)，第二代NoC IP的研發(fā)工作也已經(jīng)啟動(dòng)，后續(xù)產(chǎn)品會(huì)為“香山”RISC-V核心提供更緊密的適配和優(yōu)化，并更好地支持AI加速器的互聯(lián)與擴(kuò)展。

溫榆河不僅做到全球首個(gè)開(kāi)源的NoC IP，更是實(shí)現(xiàn)了對(duì)64核互聯(lián)的開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所副所長(zhǎng)包云崗也展示了在FPGA平臺(tái)上使用“溫榆河”實(shí)現(xiàn)16個(gè)RISC-V核互聯(lián)，加載Linux并運(yùn)行多個(gè)程序。

寫(xiě)在最后

溫榆河的發(fā)布不僅是開(kāi)源芯片設(shè)計(jì)的一次創(chuàng)舉，也為打造更多基于RISC-V架構(gòu)的服務(wù)器芯片提供了信心。目前市面上叫得出名字的RISC-V服務(wù)器芯片可謂少之又少，但基于Arm架構(gòu)的服務(wù)器芯片卻在如雨后春筍般冒頭，而且設(shè)計(jì)者都是云服務(wù)廠商巨頭。溫榆河發(fā)布后，受益的不僅是開(kāi)源核心，還有不少商業(yè)IP廠商，未來(lái)超多核的RISC-V服務(wù)器芯片又少了一塊設(shè)計(jì)壁壘。