在高性能計算（HPC）領域，RISC-V正在積蓄力量。

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本周，在超級計算 2022 大會上，一位資深RISC-V 設計師——加州大學伯克利分校計算機科學教授?Krste Asanovi——大膽預測，開放架構將在性能上超越競爭對手的芯片架構。

但超級計算展廳的參與者對?RISC-V 是否為高性能計算做好了準備持懷疑態度，稱它遠未準備好成為 x86 或 Arm 的主流替代品。

商業芯片公司估計，在?RISC-V 對市場產生重大影響之前，現實的時間表需要將近5年甚至更長。

盡管如此，RISC-V 在展會現場的發展勢頭強勁，與會者一致認為該架構不容忽視，最終將成為主流 HPC的處理器架構。

RISC-V是一種開放的芯片架構，可以免費授權。客戶可以添加自己的擴展并為包括人工智能、移動和工業應用在內的多種應用定制芯片。

SiPearl 首席執行官 Philippe Notton 告訴HPCwire，RISC-V 還不是高性能計算市場的可行選擇。

這家芯片制造商開發了一種基于 Arm 的、名為?Rhea 的CPU，它將用于歐洲未來的 exascale 系統。該芯片有 29 個 RISC-V 微控制器來支持 Arm CPU。

SiPearl 的誕生源于歐盟的資助，其長期目標是開發本土處理器。同樣由歐盟資助的歐洲處理器計劃正專注于使用 RISC-V 開發芯片，以擺脫x86 和 Arm 的束縛。

成立于?2019 年的 SiPearl 必須為參與創建百億億級超級計算機的歐洲財團快速提供高性能 CPU，而 Arm 是開發定制芯片的唯一選擇。

Notton 說，RISC-V 距離商業化還有很長的路要走，并補充說他對基于該架構設計芯片持開放態度。在那之前，Arm 擁有更可靠的硬件和軟件生態系統，以及可以提供給客戶的工具集。

Notton 說，如果RISC-V市場地位進一步提升，Arm 會做出反應并采取一些措施。

“英特爾正與巴塞羅那超級計算中心密切合作，打造用于超級計算的?RISC-V 芯片。但是，用于 HPC 的 RISC-V“還需要很多年”，英特爾超級計算集團副總裁兼總經理 Jeff McVeigh 說。

BSC 希望在歐洲的路線圖上增加一個高性能RISC-V 處理器，并且在試驗新芯片方面有著豐富的積累。超級計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計，可以將多個處理器模塊塞入單個封裝中。

未來，英特爾的芯片制造將圍繞小芯片展開，這樣可以增加設計靈活性，能夠將?CPU、GPU、I/O、內存類型、電源管理和其它電路放入芯片封裝中。英特爾正在開發一款名為 Falcon Shores的服務器芯片，計劃2025年推出，它將以小芯片形式集成英特爾的 GPU 和 x86 CPU 設計。

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 替代品。

McVeigh 說，除了設計芯片之外，要將 RISC-V 引入 HPC 還有很多工作要做。

“編寫代碼移植、性能以及所有這些東西需要一個漫長的過程，但我們認為它的發展前景廣闊，”McVeigh 說。

最熱情的?RISC-V 支持者是為歐洲設計本土芯片的學術研究人員。

德國?Jülich 超級計算中心擁有一些世界上最快的超級計算機，它對包括 RISC-V 在內的許多架構都很感興趣，Forschungszentrum Jülich 的 RG 下一代架構和原型負責人 Estela Suarez 說

“我們處于軟件開發的更高層次。我們確保支持硬件堆棧，”Suarez 說。

RISC-V 被設計為模塊化指令集，其基數非常小，不到 50 條指令。可以像樂高積木一樣附加到基礎 ISA 上的自定義內核。與依賴集成的競爭對手相比，RISC-V 的可擴展性被視為一種優勢。

各國和地區芯片的本地化，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的 CPU 和 GPU。美國還禁止向俄羅斯出口所有半導體產品。?

歐洲處理器計劃預計用于?AI 等應用程序的原生 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，擁有Semidynamics開發的Avispado向量處理單元，以及法國Kalray開發的RISC-V CPU。它還具有張量加速器和用于可重構邏輯的板載 FPGA。

第一個?EPAC 版本于上個月流出，后續版本 EPAC-2 已在 2024 年的路線圖上。EPAC-2 與 Rhea 2 芯片的目標是從 2024 年開始在歐洲百億億級超級計算機中部署。

“真正重要的是，歐洲支持我們構建制造優質芯片所需的整個知識鏈。僅僅有好的架構想法的人是不夠的，”巴塞羅那超級計算中心的高級研究員菲利波·曼托瓦尼?(Filippo Mantovani) 說。

同時領導?EPI 加速器開發的 Mantovani 說，更重要的是在該地區發展歐洲的專業知識和繁榮的半導體生態系統，這將有利于該地區的芯片公司。

BSC 和其它大學還參與了基于 RISC-V 架構的高性能計算機 Monte Cimone 的開發。

Monte Cimone 集群包括四個刀片中的八個計算節點。每個節點都有 SiFive 的 U740 芯片，它有四個 64 位 U74 內核，頻率高達 1.2 GHz。根據一篇關于該系統的研究論文，這些系統是 SiFive HiFive Unmatched 主板，具有 16GB DDR4 內存、1TB NVMe 存儲和 PCIe 擴展卡。

該系統的創建是為了測試應用程序及其性能，很像十多年前用于在?HPC 環境中測試 Arm 處理器的 Mont Blanc 系統。Arm 處理器現在用于世界上第二快的超級計算機 Fugaku，該計算機部署在日本 Riken 計算科學中心。

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 的性能和內核數量不足以達到與成熟的 Arm 和 x86 內核相媲美的性能。”

管理?ISA 開發的 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的一款TPU芯片上，英特爾和SiFive展示了一款名為Horse Creek的計算板，采用英特爾4代工藝制造，支持最新的DDR5內存和PCIe 5.0接口。

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

隨著更多芯片的定制化，x86 和 Arm 等專有芯片設計可能面臨挑戰。x86 架構主導了注重集成的“板”時代，而 Arm 則主導了集成調制解調器和 GPU 的移動時代。但隨著芯片定制化的發展，公司反對將自己的未來押在專有設計上，而 RISC-V 更具經濟意義，可以擴展到更多的計算能力。

RISC-V International 有一個特別興趣小組推動 HPC，并且正在進行將 HPC 功能添加到 RISC-V 的項目。也有許多來自學術界和工業界的人為 ISA 做出貢獻，使其成為一項社區工作。

“我們甚至有一個?128 位地址基版本的草案，因為我們將在本世紀末需要它，”Asanovi??說。

目前，HPC 的市場規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計帶有加速器的芯片。

“RISC-V 發展前景廣闊，”Asanovi??說：“想想以太網。想想Linux，RISC-V正在沿著類似的路線前進。”

編輯：黃飛

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