一位最初的 RISC-V 設(shè)計(jì)師本周大膽預(yù)測，這個(gè)開放架構(gòu)將在性能上超越競爭對(duì)手的芯片架構(gòu)。

加州大學(xué)伯克利分校計(jì)算機(jī)科學(xué)教授 Krste Asanovi在超級(jí)計(jì)算 2022 大會(huì)的演講上預(yù)測，RISC-V將在未來兩到三年內(nèi)在性能上超越競爭對(duì)手的架構(gòu)。

但超級(jí)計(jì)算展廳的參與者對(duì) RISC-V 是否為高性能計(jì)算做好了準(zhǔn)備持懷疑態(tài)度，稱它遠(yuǎn)未準(zhǔn)備好成為 x86 或 Arm 的主流替代品。

商業(yè)芯片公司估計(jì)，在 RISC-V 對(duì)市場產(chǎn)生重大影響之前，現(xiàn)實(shí)的時(shí)間表需要將近五年甚至更長的時(shí)間。

盡管如此，RISC-V 在展會(huì)現(xiàn)場的發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，與會(huì)者一致認(rèn)為該架構(gòu)不容忽視，最終將成為主流 HPC。

RISC 是一種開放的芯片架構(gòu)，可以免費(fèi)授權(quán)。客戶可以添加自己的擴(kuò)展并為包括人工智能、移動(dòng)和工業(yè)應(yīng)用在內(nèi)的多種應(yīng)用定制芯片。

SiPearl 首席執(zhí)行官 Philippe Notton 告訴HPCwire，RISC-V 還不是高性能計(jì)算的可行市場選擇。

這家芯片制造商開發(fā)了一種名為 Rhea 的基于 Arm 的 CPU，它將用于歐洲未來的 exascale 系統(tǒng)。該芯片有 29 個(gè) RISC-V 微控制器來支持 Arm CPU。

SiPearl 的誕生源于歐盟的資助，其長期目標(biāo)是開發(fā)本土處理器。同樣由歐盟資助的歐洲處理器計(jì)劃正專注于使用 RISC-V 開發(fā)芯片，以擺脫專有的 x86 和 Arm 技術(shù)。

成立于 2019 年的 SiPearl 必須為參與創(chuàng)建百億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)的歐洲財(cái)團(tuán)快速提供高性能 CPU，而 Arm 是開發(fā)定制芯片的唯一選擇。

Notton 說，RISC-V 距離商業(yè)化還有很長的路要走，并補(bǔ)充說他對(duì)基于該架構(gòu)設(shè)計(jì)芯片持開放態(tài)度。在那之前，Arm 擁有更可靠的硬件和軟件生態(tài)系統(tǒng)，以及可以提供給客戶的工具集。

“這很難說，因?yàn)槲覀冏约旱?RISC-V 芯片需要認(rèn)真對(duì)待 HPC，”Notton 說。

Notton 說，如果 RISC-V 出現(xiàn)，Arm 會(huì)做出反應(yīng)并采取一些措施。

英特爾正與巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心密切合作，打造用于超級(jí)計(jì)算的 RISC-V 芯片。但是，用于 HPC 的 RISC-V“還需要很多年”，英特爾超級(jí)計(jì)算集團(tuán)副總裁兼總經(jīng)理 Jeff McVeigh 說。

BSC 希望在歐洲的路線圖上增加一個(gè)高性能的 RISC-V 處理器，并且在試驗(yàn)新芯片方面有著豐富的歷史。超級(jí)計(jì)算中心與英特爾的合作更多是圍繞將 RISC-V 核心整合到小芯片中，這是一種新型芯片設(shè)計(jì)，可以將多個(gè)處理器模塊塞入單個(gè)芯片封裝中。

英特爾的制造未來圍繞小芯片展開，這將增加設(shè)計(jì)靈活性，能夠?qū)?CPU、GPU、I/O、內(nèi)存類型、電源管理和其他電路放入芯片封裝中。英特爾正在為 2025 年開發(fā)一款名為 Falcon Shores的服務(wù)器芯片 ，它將以小芯片形式集成英特爾的 GPU 和 x86 CPU 設(shè)計(jì)。

McVeigh 說，BSC 合作伙伴正在研究 Falcon Shores 以外的未來變體，這些變體允許將 RISC-V 集成為 x86 的主要 CPU 替代方案。

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

“走著瞧。編寫代碼移植、性能以及所有這些東西是一個(gè)漫長的過程，但我們認(rèn)為有一個(gè)潛在的未來，”McVeigh 說。

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

德國 Jülich 超級(jí)計(jì)算中心擁有一些世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)，它對(duì)包括 RISC-V 在內(nèi)的許多架構(gòu)都很感興趣，F(xiàn)orschungszentrum Jülich 的 RG 下一代架構(gòu)和原型負(fù)責(zé)人 Estela Suarez 說。

“我們處于軟件開發(fā)的更高層次。我們確保支持硬件堆棧，”Suarez 說。

RISC-V 被設(shè)計(jì)為模塊化指令集，其基數(shù)非常小，不到 50 條指令?？梢韵駱犯叻e木一樣附加到基礎(chǔ) ISA 上的自定義內(nèi)核。與依賴集成的競爭對(duì)手相比，RISC-V 的可擴(kuò)展性被視為一種優(yōu)勢。

各國和地區(qū)對(duì)芯片的武器化，加大了歐洲和中國基于RISC-V打造本土芯片的力度。美國已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半導(dǎo)體，Yadro 等公司也在進(jìn)行 RISC-V 設(shè)計(jì)。

歐洲處理器計(jì)劃預(yù)計(jì)用于 AI 等應(yīng)用程序的原生 RISC-V 加速器將比通用 CPU 快得多。

EPI的高性能加速器EPAC基于RISC-V架構(gòu)，擁有Semidynamics開發(fā)的Avispado向量處理單元，以及法國Kalray開發(fā)的RISC-V CPU。它還具有張量加速器和用于可重構(gòu)邏輯的板載 FPGA。

第一個(gè) EPAC 版本于上個(gè)月流片，后續(xù)版本 EPAC-2 已在 2024 年的路線圖上。EPAC-2 與 Rhea 2 芯片的目標(biāo)是從 2024 年開始在歐洲百億億級(jí)超級(jí)計(jì)算機(jī)中部署，據(jù)稱EPI 的路線圖。

“真正重要的是，歐洲支持我們構(gòu)建制造優(yōu)質(zhì)芯片所需的整個(gè)知識(shí)鏈。在黑板單元上有一個(gè)有好的架構(gòu)想法的人是不夠的，”巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心高級(jí)研究員菲利波·曼托瓦尼 （Filippo Mantovani） 說。

同時(shí)領(lǐng)導(dǎo) EPI 加速器開發(fā)的 Mantovani 說，更重要的是在該地區(qū)發(fā)展歐洲的專業(yè)知識(shí)和繁榮的半導(dǎo)體生態(tài)系統(tǒng)，這將有利于該地區(qū)的芯片公司。

BSC 和其他大學(xué)還參與了基于 RISC-V 架構(gòu)的高性能計(jì)算機(jī) Monte Cimone 的開發(fā)。

Monte Cimone 集群包括四個(gè)刀片中的八個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有 SiFive 的 U740 芯片，它有四個(gè) 64 位 U74 內(nèi)核，頻率高達(dá) 1.2 GHz。根據(jù)一篇關(guān)于該系統(tǒng)的研究論文，這些系統(tǒng)是 SiFive HiFive Unmatched 主板，具有 16GB DDR4 內(nèi)存、1TB NVMe 存儲(chǔ)和 PCIe 擴(kuò)展卡。

該系統(tǒng)的創(chuàng)建是為了測試應(yīng)用程序及其性能，很像十多年前的 Mont Blanc 系統(tǒng)，用于在 HPC 環(huán)境中測試 Arm 處理器。Arm 處理器現(xiàn)已用于世界上第二快的超級(jí)計(jì)算機(jī) Fugaku，該計(jì)算機(jī)部署在日本的 Riken 計(jì)算科學(xué)中心。

Monte Cimone 的研究指出，雖然 RISC-V 的部署正在增長并且軟件堆棧正在迅速成熟，但“很明顯，SoC 的性能和內(nèi)核數(shù)量不足以達(dá)到與成熟的 Arm 和 x86 內(nèi)核相媲美的性能?！?/p>

管理 ISA 開發(fā)的 RISC-V International 得到了一些最大的芯片制造商的支持。ISA也被用在谷歌正在開發(fā)的一款TPU芯片上，英特爾和SiFive展示了一款名為Horse Creek的計(jì)算板，采用英特爾4代工藝制造，支持最新的DDR5內(nèi)存和PCIe 5.0接口。

Asanovi? 舉例說明歷史計(jì)算趨勢有利于 RISC-V。曾經(jīng)廣泛用于高性能計(jì)算的指令集，包括 DEC 的 Alpha、Intel 的 Itanium 和 Oracle 的 SPARC，已經(jīng)消失。

隨著更多芯片的定制化，x86 和 Arm 等專有芯片設(shè)計(jì)可能面臨挑戰(zhàn)。x86 架構(gòu)主導(dǎo)了注重集成的“板”時(shí)代，而 Arm 則主導(dǎo)了集成調(diào)制解調(diào)器和 GPU 的移動(dòng)時(shí)代。但隨著芯片定制化的發(fā)展，公司反對(duì)將自己的未來押在專有設(shè)計(jì)上，而 RISC-V 更具經(jīng)濟(jì)意義，可以擴(kuò)展到更多的計(jì)算能力。

RISC-V International 有一個(gè)特別興趣小組推動(dòng) HPC，并且正在進(jìn)行將 HPC 功能添加到 RISC-V 的項(xiàng)目。也有許多來自學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的人為 ISA 做出貢獻(xiàn)，使其成為一項(xiàng)社區(qū)工作。

“我們甚至有一個(gè) 128 位地址基版本的草案，因?yàn)槲覀儗⒃诒臼兰o(jì)末需要它，”Asanovi? 說。

目前，HPC 的市場規(guī)模還不足以證明定制芯片的合理性，因此小芯片模型將有助于以合理的成本設(shè)計(jì)帶有加速器的芯片。

RISC-V……是不可避免的，Asanovi?說，并補(bǔ)充說想想以太網(wǎng)。想想Linux。這就是 RISC-V 正在發(fā)生的事情。

審核編輯 ：李倩