RISC-V對比X86和ARM有何優(yōu)勢？

RISC-V最初的設(shè)計者之一本周大膽預(yù)測，該開放架構(gòu)將在性能上超過競爭對手的芯片架構(gòu)。

"加州大學(xué)伯克利分校計算機(jī)科學(xué)教授 Krste Asanovi? 在超級計算2022會議的主題演講中預(yù)測，兩三年后，RISC-V 架構(gòu)將超越現(xiàn)有的ARM架構(gòu)和可用性能。

但是在現(xiàn)場，與會者對RISC-V為高性能計算所做的準(zhǔn)備持懷疑態(tài)度，認(rèn)為它還遠(yuǎn)未準(zhǔn)備好作為X86或ARM的主流替代。

商業(yè)芯片公司估計，在RISC-V對市場產(chǎn)生有意義的影響之前，現(xiàn)實(shí)的時間表是接近5年甚至更長。

然而，在展會現(xiàn)場，RISC-V背后有很多動力，與會者一致認(rèn)為該架構(gòu)不能被忽視，最終將進(jìn)入主流HPC。

RISC是一個開放的芯片架構(gòu)，可以免費(fèi)授權(quán)?？蛻艨梢蕴砑幼约旱臄U(kuò)展，并為包括人工智能、移動和工業(yè)應(yīng)用在內(nèi)的許多應(yīng)用定制芯片。

SiPearl首席執(zhí)行官Philippe Notton告訴HPCwire，RISC-V還不是一個可行的高性能計算的市場選擇。

這家芯片制造商已經(jīng)開發(fā)了一種基于ARM的CPU，名為Rhea，它將進(jìn)入歐洲未來的超大規(guī)模系統(tǒng)中。該芯片有29個RISC-V微控制器來支持ARM CPU。

SiPearl是在歐盟的資助下誕生的，歐盟的長期目標(biāo)是開發(fā)本土的處理器。同樣由歐盟資助的 "歐洲處理器倡議 "正專注于開發(fā)具有RISC-V的芯片，以擺脫X86和Arm的專有技術(shù)。

SiPearl公司--成立于2019年--必須為參與創(chuàng)建exascale超級計算機(jī)的歐洲財團(tuán)迅速提供高性能CPU，而ARM是開發(fā)定制芯片的唯一選擇。

諾頓說，RISC-V距離商業(yè)化還有很長的路要走，他補(bǔ)充說，他對設(shè)計一款基于該架構(gòu)的芯片持開放態(tài)度。在此之前，ARM有一個更可靠的硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng)，以及它可以提供給客戶的工具集。

"這很難說，因?yàn)槲覀冏约旱腞ISC-V芯片將需要在HPC中認(rèn)真對待，"Notton說。

Notton說，如果RISC-V出現(xiàn)了，ARM會做出反應(yīng)并做些什么。

英特爾正在與巴塞羅那超級計算中心緊密合作，為超級計算建立一個RISC-V芯片。但用于HPC的RISC-V "還有很多年"，英特爾副總裁兼超級計算集團(tuán)總經(jīng)理Jeff McVeigh說。

BSC希望在歐洲的路線圖上增加一個高性能的RISC-V處理器，并且在實(shí)驗(yàn)新芯片方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)。該超級計算中心與英特爾的合作更多的是圍繞著將RISC-V內(nèi)核納入小芯片，這是一種新型的芯片設(shè)計，可以將多個處理器模塊塞進(jìn)一個芯片封裝中。

英特爾的制造業(yè)的未來圍繞著小芯片展開，它將增加設(shè)計的靈活性，能夠?qū)PU、GPU、I/O、內(nèi)存類型、電源管理和其他電路放在一個芯片封裝中。英特爾正在為2025年的時間框架開發(fā)一種名為Falcon Shores的服務(wù)器芯片，它將以小芯片的形式整合英特爾的GPU和X86 CPU設(shè)計。

McVeigh說，BSC伙伴關(guān)系正在研究Falcon Shores之外的未來變體，允許整合RISC-V作為X86的主要CPU替代品。

除了設(shè)計芯片之外，還有很多工作要做，以便將RISC-V引入HPC，McVeigh說。

"我們會看到的。代碼移植、性能、所有這些事情都是一個漫長的過程，但我們認(rèn)為有一個潛在的未來，"McVeigh說。

最熱情的RISC-V支持者是為歐洲設(shè)計本土芯片的學(xué)術(shù)研究人員。

Jülich超級計算中心是世界上一些最快的超級計算機(jī)的所在地，該中心對許多架構(gòu)感興趣，包括RISC-V，F(xiàn)orschungszentrum Jülich的RG下一代架構(gòu)和原型負(fù)責(zé)人Estela Suarez說

"我們在軟件開發(fā)的較高層次上有一點(diǎn)。我們確保硬件棧得到支持，"蘇亞雷斯說。

RISC-V被設(shè)計成一個模塊化的指令集，基數(shù)非常小，不到50條指令。自定義內(nèi)核可以像樂高積木一樣粘附在基礎(chǔ)ISA上。與依靠集成的對手相比，RISC-V的擴(kuò)展性被視為一種優(yōu)勢。

各國和各地區(qū)對芯片的武器化，使歐洲和中國在RISC-V的基礎(chǔ)上創(chuàng)造本土芯片的努力急劇增加。美國已經(jīng)禁止向中國出口先進(jìn)的CPU和GPU。美國還禁止向俄羅斯出口所有的半導(dǎo)體，在那里像Yadro這樣的公司也有RISC-V的設(shè)計在進(jìn)行。

歐洲處理器倡議預(yù)計，用于人工智能等應(yīng)用的原生RISC-V加速器將比通用CPU來得更快。

EPI的高性能加速器名為EPAC，它基于RISC-V架構(gòu)，擁有Semidynamics公司開發(fā)的Avispado矢量處理單元，以及由法國Kalray公司開發(fā)的RISC-V CPU。它還有一個張量加速器，以及一個用于可重構(gòu)邏輯的板載FPGA。

第一個EPAC版本在上個月被錄用，后續(xù)的EPAC-2也在2024年的路線圖上。根據(jù)EPI的路線圖，EPAC-2和Rhea 2芯片的目標(biāo)是在2024年開始部署在歐洲的超大規(guī)模超級計算機(jī)中。

"真正重要的是，我們有歐洲的支持，以建立整個知識鏈，你需要制造好的芯片。巴塞羅那超級計算中心的高級研究員Filippo Mantovani說："僅有某人在黑板單元上有一個好的架構(gòu)想法是不夠的。

曼托瓦尼說，更大的意義在于發(fā)展歐洲的專業(yè)知識和該地區(qū)繁榮的半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)，這將有利于該地區(qū)的芯片公司，他還在EPI領(lǐng)導(dǎo)加速器的開發(fā)。

BSC和其他大學(xué)也參與了Monte Cimone的開發(fā)，這是一個基于RISC-V架構(gòu)的高性能計算機(jī)。

Monte Cimone集群包括四個刀片的八個計算節(jié)點(diǎn)。每個節(jié)點(diǎn)都有SiFive的U740芯片，它有四個64位U74內(nèi)核，頻率高達(dá)1.2GHz。根據(jù)一份談?wù)撛撓到y(tǒng)的研究論文，這些系統(tǒng)--是SiFive HiFive Unmatched板--有16GB DDR4內(nèi)存，1TB NVMe存儲，以及PCIe擴(kuò)展卡。

該系統(tǒng)是為了測試應(yīng)用程序及其性能而創(chuàng)建的，就像十多年前的Mont Blanc系統(tǒng)一樣，它被用來在HPC環(huán)境中測試ARM處理器。ARM處理器現(xiàn)在是世界上第二快的超級計算機(jī)，名為Fugaku，部署在日本的Riken計算科學(xué)中心。

Monte Cimone的研究報告指出，雖然RISC-V的部署在不斷增加，軟件棧也在迅速成熟，但仍然 "顯然，SoC的性能和內(nèi)核數(shù)量不足以實(shí)現(xiàn)與成熟的ARM和X86內(nèi)核相媲美的性能"。

負(fù)責(zé)管理ISA開發(fā)的RISC-V國際公司得到了一些最大的芯片制造商的支持。ISA還被用于谷歌正在開發(fā)的TPU芯片中，英特爾和SiFive展示了一款名為Horse Creek的計算板，該計算板采用英特爾4工藝制造，支持最新的DDR5內(nèi)存和PCIe 5.0接口。

Asanovi?提出了歷史上的計算趨勢對RISC-V有利的理由。當(dāng)時廣泛用于高性能計算的指令集，包括DEC的Alpha、英特爾的Itanium和甲骨文的SPARC，已經(jīng)消失了。

隨著更多的芯片被定制，像X86和ARM這樣的專有芯片設(shè)計可能面臨挑戰(zhàn)。X86架構(gòu)主導(dǎo)了注重集成的 "板卡 "時代，ARM主導(dǎo)了集成調(diào)制解調(diào)器和GPU的移動時代。但是，隨著芯片定制化的發(fā)展，公司反對把他們的未來押在專有設(shè)計上，而RISC-V更具有經(jīng)濟(jì)意義，并可以擴(kuò)展到更多的計算能力。

RISC-V國際組織有一個專門的興趣小組推動HPC，并有項(xiàng)目正在進(jìn)行，以增加RISC-V的HPC能力。也有許多來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的人對ISA做出貢獻(xiàn)，使其成為一個社區(qū)的努力。

"Asanovi?說："我們甚至有一個128位地址基版本的草案，因?yàn)槲覀冊谑旰髸枰?/p>

目前，HPC還不是一個足夠大的市場來證明定制硅的合理性，所以小芯片模型將有助于以合理的成本設(shè)計帶有加速器的芯片。

"RISC-V......是不可避免的，"Asanovi?說，"想想以太網(wǎng)。想一想Linux。這就是RISC-V正在發(fā)生的事情"。

編輯：黃飛