RISC-V对比X86和ARM有何优势？

RISC-V最初的设计者之一本周大胆预测，该开放架构将在性能上超过竞争对手的芯片架构。

"加州大学伯克利分校计算机科学教授 Krste Asanović 在超级计算2022会议的主题演讲中预测，两三年后，RISC-V 架构将超越现有的ARM架构和可用性能。

但是在现场，与会者对RISC-V为高性能计算所做的准备持怀疑态度，认为它还远未准备好作为X86或ARM的主流替代。

商业芯片公司估计，在RISC-V对市场产生有意义的影响之前，现实的时间表是接近5年甚至更长。

然而，在展会现场，RISC-V背后有很多动力，与会者一致认为该架构不能被忽视，最终将进入主流HPC。

RISC是一个开放的芯片架构，可以免费授权。客户可以添加自己的扩展，并为包括人工智能、移动和工业应用在内的许多应用定制芯片。

SiPearl首席执行官Philippe Notton告诉HPCwire，RISC-V还不是一个可行的高性能计算的市场选择。

这家芯片制造商已经开发了一种基于ARM的CPU，名为Rhea，它将进入欧洲未来的超大规模系统中。该芯片有29个RISC-V微控制器来支持ARM CPU。

SiPearl是在欧盟的资助下诞生的，欧盟的长期目标是开发本土的处理器。同样由欧盟资助的 "欧洲处理器倡议 "正专注于开发具有RISC-V的芯片，以摆脱X86和Arm的专有技术。

SiPearl公司--成立于2019年--必须为参与创建exascale超级计算机的欧洲财团迅速提供高性能CPU，而ARM是开发定制芯片的唯一选择。

诺顿说，RISC-V距离商业化还有很长的路要走，他补充说，他对设计一款基于该架构的芯片持开放态度。在此之前，ARM有一个更可靠的硬件和软件生态系统，以及它可以提供给客户的工具集。

"这很难说，因为我们自己的RISC-V芯片将需要在HPC中认真对待，"Notton说。

Notton说，如果RISC-V出现了，ARM会做出反应并做些什么。

英特尔正在与巴塞罗那超级计算中心紧密合作，为超级计算建立一个RISC-V芯片。但用于HPC的RISC-V "还有很多年"，英特尔副总裁兼超级计算集团总经理Jeff McVeigh说。

BSC希望在欧洲的路线图上增加一个高性能的RISC-V处理器，并且在实验新芯片方面有丰富的经验。该超级计算中心与英特尔的合作更多的是围绕着将RISC-V内核纳入小芯片，这是一种新型的芯片设计，可以将多个处理器模块塞进一个芯片封装中。

英特尔的制造业的未来围绕着小芯片展开，它将增加设计的灵活性，能够将CPU、GPU、I/O、内存类型、电源管理和其他电路放在一个芯片封装中。英特尔正在为2025年的时间框架开发一种名为Falcon Shores的服务器芯片，它将以小芯片的形式整合英特尔的GPU和X86 CPU设计。

McVeigh说，BSC伙伴关系正在研究Falcon Shores之外的未来变体，允许整合RISC-V作为X86的主要CPU替代品。

除了设计芯片之外，还有很多工作要做，以便将RISC-V引入HPC，McVeigh说。

"我们会看到的。代码移植、性能、所有这些事情都是一个漫长的过程，但我们认为有一个潜在的未来，"McVeigh说。

最热情的RISC-V支持者是为欧洲设计本土芯片的学术研究人员。

Jülich超级计算中心是世界上一些最快的超级计算机的所在地，该中心对许多架构感兴趣，包括RISC-V，Forschungszentrum Jülich的RG下一代架构和原型负责人Estela Suarez说

"我们在软件开发的较高层次上有一点。我们确保硬件栈得到支持，"苏亚雷斯说。

RISC-V被设计成一个模块化的指令集，基数非常小，不到50条指令。自定义内核可以像乐高积木一样粘附在基础ISA上。与依靠集成的对手相比，RISC-V的扩展性被视为一种优势。

各国和各地区对芯片的武器化，使欧洲和中国在RISC-V的基础上创造本土芯片的努力急剧增加。美国已经禁止向中国出口先进的CPU和GPU。美国还禁止向俄罗斯出口所有的半导体，在那里像Yadro这样的公司也有RISC-V的设计在进行。

欧洲处理器倡议预计，用于人工智能等应用的原生RISC-V加速器将比通用CPU来得更快。

EPI的高性能加速器名为EPAC，它基于RISC-V架构，拥有Semidynamics公司开发的Avispado矢量处理单元，以及由法国Kalray公司开发的RISC-V CPU。它还有一个张量加速器，以及一个用于可重构逻辑的板载FPGA。

第一个EPAC版本在上个月被录用，后续的EPAC-2也在2024年的路线图上。根据EPI的路线图，EPAC-2和Rhea 2芯片的目标是在2024年开始部署在欧洲的超大规模超级计算机中。

"真正重要的是，我们有欧洲的支持，以建立整个知识链，你需要制造好的芯片。巴塞罗那超级计算中心的高级研究员Filippo Mantovani说："仅有某人在黑板单元上有一个好的架构想法是不够的。

曼托瓦尼说，更大的意义在于发展欧洲的专业知识和该地区繁荣的半导体生态系统，这将有利于该地区的芯片公司，他还在EPI领导加速器的开发。

BSC和其他大学也参与了Monte Cimone的开发，这是一个基于RISC-V架构的高性能计算机。

Monte Cimone集群包括四个刀片的八个计算节点。每个节点都有SiFive的U740芯片，它有四个64位U74内核，频率高达1.2GHz。根据一份谈论该系统的研究论文，这些系统--是SiFive HiFive Unmatched板--有16GB DDR4内存，1TB NVMe存储，以及PCIe扩展卡。

该系统是为了测试应用程序及其性能而创建的，就像十多年前的Mont Blanc系统一样，它被用来在HPC环境中测试ARM处理器。ARM处理器现在是世界上第二快的超级计算机，名为Fugaku，部署在日本的Riken计算科学中心。

Monte Cimone的研究报告指出，虽然RISC-V的部署在不断增加，软件栈也在迅速成熟，但仍然 "显然，SoC的性能和内核数量不足以实现与成熟的ARM和X86内核相媲美的性能"。

负责管理ISA开发的RISC-V国际公司得到了一些最大的芯片制造商的支持。ISA还被用于谷歌正在开发的TPU芯片中，英特尔和SiFive展示了一款名为Horse Creek的计算板，该计算板采用英特尔4工艺制造，支持最新的DDR5内存和PCIe 5.0接口。

Asanović提出了历史上的计算趋势对RISC-V有利的理由。当时广泛用于高性能计算的指令集，包括DEC的Alpha、英特尔的Itanium和甲骨文的SPARC，已经消失了。

随着更多的芯片被定制，像X86和ARM这样的专有芯片设计可能面临挑战。X86架构主导了注重集成的 "板卡 "时代，ARM主导了集成调制解调器和GPU的移动时代。但是，随着芯片定制化的发展，公司反对把他们的未来押在专有设计上，而RISC-V更具有经济意义，并可以扩展到更多的计算能力。

RISC-V国际组织有一个专门的兴趣小组推动HPC，并有项目正在进行，以增加RISC-V的HPC能力。也有许多来自学术界和工业界的人对ISA做出贡献，使其成为一个社区的努力。

"Asanović说："我们甚至有一个128位地址基版本的草案，因为我们在十年后会需要它。

目前，HPC还不是一个足够大的市场来证明定制硅的合理性，所以小芯片模型将有助于以合理的成本设计带有加速器的芯片。

"RISC-V......是不可避免的，"Asanović说，"想想以太网。想一想Linux。这就是RISC-V正在发生的事情"。

编辑：黄飞