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從歷屆HotChips 檢視RISC-V 的發展

2021-07-14 12:57:44 來源:來源:technews(臺) 作者:癡漢水球
2021 年3 月,擁有MIPS IP的Wave Computing,宣布放棄MIPS 指令集,轉向RISC-V,剛好跟當代兩位合著兩本經典教科書的RISC 大師有所關聯:創造MIPS 的JohnHennessy,與帶領RISC-V 研發團隊的DavidPatterson。

對于經歷過SGI 繪圖工作站與Irix 操作系統全盛時期的老一輩IT 人,或著一路讀著他們著作成長的科班人士,看到昔日高高在上的RISC 諸神,繼PA-RISC、Alpha、IA-64后(加上看似岌岌可危的SPARC),又將再消失一個,想必內心多少有股不勝唏噓之感。

然后很可笑的,幾乎所有的媒體報導,都千篇一律耗費大量篇幅去解釋「什么是指令集架構(ISA,Instruction Set Architecture),為什么這么重要」,仿佛計算機結構(ComputerArchitecture)一詞由來過去數十年來從不存在,到今天才從天上掉下來。高談闊論「RISC 指令集的先天優勢」就更好笑了,先別提這些老早就是教科書的基本知識,這些人是沒看到20 世紀末期是如何上演「RISC 諸神的黃昏」嗎?
 

 

言歸正傳。問世于2010 年,由當代計算機結構大師David Patterson 所領導的RISC-V(第五代RISC 架構)指令集,因其開源與可擴展客戶化指令的特性,加上ARM 自身節節高升的研發開銷與營運成本,都羊毛出在羊身上的轉嫁到授權費用,而NVIDIA 企圖并購ARM 的舉動,更進一步危及中立性。近期外傳英特爾想以20 億美元代價并購SiFive、并確定將在2022 年發布7納米制程、SiFive 高效能核心Performance P550 的Horse Creek 處理器,更讓RISC-V 得到越來越多關注的目光。

RISC-V 早已得到科技大廠的青睞。NVIDIA 從2016 年,就在GPU 內導入RISC-V 指令集的Falcon(Fast Login Controller)微控制器,翻新使用超過十年的舊架構。

NVIDIA 內部的RC18 推論處理器研究案,也是整合RISC-V指令集兼容處理器為I/O 元件核心,實現每秒128萬億次的推論執行,且功耗只有13.5 瓦。

此外,西部數據與希捷這兩家硬盤廠商,也選擇自研RISC-V 處理器,作為新一代硬盤/固態硬盤的控制芯片,一年出貨單位都以「10 億」起跳。DavidPatterson 本人2016 年加入Google,也讓人不禁遐想,這家云端巨頭,是不是又要搞出啥驚天動地的大事。

即使RISC-V 的發展看似前途似錦,但一般人可能還是對歷史演進一頭霧水,所以筆者就整理歷屆HotChips這個在處理器業界極具影響力的活動,并附上簡報網址,方便各位瞧瞧RISC-V是怎么一步一步走過來的,又是如何展現應用多樣性。

2013 HotChips 25

RISC-V 首度在HotChips 亮相,并展示基于IBM45 納米SOI 晶圓制程的RISC-V 處理器與「Rocket」實作微架構。值得一提的是,除了大名鼎鼎的David Patterson,成立于2015 年的SiFive,三名創辦人KrsteAsanovi?、Yunsup Lee、Andrew Waterman 均赫然在列。

2014 HotChips 26

這年RISC-V 并未出現在活動議程,但他們還是留下這張照片。

這屆HotChips 讓筆者最有印象的,莫過于AMD 的議程是有點搞笑的ARM 版本Opteron「Seattle」。

剛好在HotChips 活動前,伯克利大學出現這份教材,解釋「為何指令集應該免費開放」,并且明示RISC-V 相較其他開源RISC 指令集的優勢,包含預留定址模式、壓縮指令編碼版本和128 位元定址等等。

2015 HotChips 27

RISC-V 基金會2015 年正式成立。

伯克利大學實驗性的28 納米制程RISC-V 向量處理器,不過重點還是擺在RISC-V 相對ARM 的優越性。

開源的Rocket 標量核心。NVIDIA 第一代RISC-V Falcon 就是以其為基礎。

2015 年底公布16 位元指令編碼長度的壓縮版RISC-V規范,類似ARM 的Thumb 與MIPS 的MIPS16。

2017 HotChips 29

剛成立不久的SiFive 發表業界第一顆開源的RISC-V芯片:Freedom E310 微控制器,臺積電180 納米制程,芯片面積6 平方毫米。

不限RISC-V 的發跡地伯克利大學,開始也有其他學校共襄盛舉。

某家軟硬件開發顧問公司用FPGA 設計出1,680個RISC-V 核心的參考設計框架。

2019 HotChips 31

SiFive 共同創辦人講解RISC-V 的歷史與全貌,并提及以2010年夏天「三個月即可實現的處理器專案」為起點,希望設計出更干凈指令集架構的往事。

介紹RISC-V 的生態系統,姑且不論里面究竟有多少「水分」。

2020 HotChips 32

阿里巴巴也加入戰局,研發針對人工智能物聯網AIoT)的RISC-V 芯片。

瑞士聯邦政府1854 年成立的研究機構,透過Chiplet 多芯片,做出名為Manticore 的4,096 核心怪物,目標在高效能浮點運算能比肩Fujitsu A64FX 與NVIDIA A100。

伯克利大學研究的整合式系統單芯片設計模擬與實作環境。

不限于CPU,美國理工大學排名前三名的喬治亞理工學院,也將RISC-V 延伸到GPGPU 應用。

2021 HotChips 33

以下是預定今年8 月的HotChips 33 議程,也許過一陣子會變得更多也說不定。

這也是學術研究案,目標在提升RISC-V處理器的安全性。

  • Morpheus II: A RISC-V Security Extension for Protecting Vulnerable Software and Hardware(Todd Austin, University of Michigan)

RISC-V 也開始「滲透」到開放式架構的5G 基站。

  • Architecting an Open RISC-V 5G and AI SoC for Next Generation 5G Open Radio Access Network(Sriram Rajagopal, EdgeQ)

出現「Tensor」(張量)這關鍵字,對NVIDIAGPU 不陌生的讀者一定馬上想起這是什么。

  • Accelerating ML Recommendation with over a Thousand RISC-V/Tensor Processors on Esperanto's ET-SoC-1 Chip(David Ditzel, Esperanto Technologies)

基于「CORDIC」(座標旋轉)的三角函數硬件加速器。

  • A CORDIC-based Trigonometric Hardware Accelerator with Custom Instruction in 32-bit RISC-V System-on-Chip(Khai-Duy Nguyen; University of Electro-Communications)

這樣一路看下來,相信各位大概知道一件事:對RISC-V 最有興趣的對象,無非「不想付錢給ARM,自己有本錢開芯片的大廠」、「想省掉ARM 授權費,因此找免費方案的新創公司」、以及「連錢都沒得付的學術機構」。

但即使RISC-V 的發展勢頭,乍看之下「枝繁葉茂」,但回到「RISC-V 能否徹底取代ARM 甚至x86」這個大問題上,筆者對此保持比較悲觀的看法。天底下沒有免費的午餐,當廠商充分享受針對特定應用而客制化指令集時,勢必造成版本與軟件的碎片化,這也幾乎注定RISC-V 很容易變成「每個人各玩各的」,這對一套指令集的長期發展,絕對不是好事,要不然Linus Torvalds 也不會為了AVX-512 暴走。

更何況也是最重要的,一套成功的指令集架構,如同「成功的男人背后都有一個偉大的女人」、「傲嬌的公主身邊都有一位萬用的男人」,都有起碼一個地位舉足輕重的操作系統支撐存在價值,像x86 有Windows,ARM 有Android,那RISC-V 呢?目前看不出來,但Google 的態度可能是最重要的關鍵。

看在David Patteron 已在Google工作的份上,是不是足以取代現有英特爾、AMD、IBM 的高效能RISC-V 通用處理器,是不是已經在Google 數據中心某排機柜內默默服役了?Google 是否也看衰ARM的未來,為此主動「加碼」RISC-V?這一切還很值得關注。

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