單芯片超多核，又少了一塊技術(shù)壁壘

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/周凱揚）在當下的數(shù)據(jù)中心中，基于Arm Neoverse的各種服務(wù)器芯片搶占了不少份額，比如AWS的Graviton等。這類服務(wù)器芯片以極高的性能和極低的功耗，為云服務(wù)廠商提供了極致的性價比方案。然而可以被視為功臣的，不只是背后的Neoverse核心IP，還有將數(shù)十個處理器核心連接起來的NoC IP。

高端處理器芯片必備的NoC IP

在當下的SoC設(shè)計中，為何需要NoC這一互聯(lián)IP。首先對于非x86的架構(gòu)而言，要想在同規(guī)格的芯片中達到類似的多核性能往往很難實現(xiàn)，所以更多的核心數(shù)才是彎道超車的機會，這也就是我們看到Arm打入服務(wù)器陣營的首批產(chǎn)品，都是基于數(shù)十個Arm核心構(gòu)筑的。

早在Arm早期的CoreLink CCN-512這一方案中，就已經(jīng)支持到了48核的芯片，同時可以保證緩存一致性。而如今的CoreLink CMN-700更是已經(jīng)支持到12x12的mesh網(wǎng)絡(luò)和最高128個CPU簇。這樣的NoC IP方案，也成了Arm Neoverse架構(gòu)實現(xiàn)超多核配置的關(guān)鍵組件。

但Arm的CoreLink方案僅僅局限在Arm核心上，如果想用其他架構(gòu)或是異構(gòu)的多核方案，就必須尋找另外的選擇。而在目前商業(yè)化較為成功的NoC IP中，除了Arm的CoreLink CMN系列以外，就非Arteris莫屬了。其客戶包含各大汽車芯片和AI芯片參加，包括海思、大疆、寒武紀、Mobileye等等。Arteris的NoC分為緩存一致和非緩存一致的NoC IP，分別為Ncore和Flex系列。

在Flex系列中，針對不同大小的SoC設(shè)計，Arteris推出了FlexWay入門級NoC IP，用于小型到中型的SoC設(shè)計，主要面向成本效益高、低功耗的IoT邊緣設(shè)備，但同時也需要FlexWay提供的高帶寬。而針對大型SoC設(shè)計，Arteris的FlexNoC提供了更大的Mesh生成選項（5x5）。

然而針對汽車、機器視覺以及高性能計算等場景，需要各個處理單元在共享內(nèi)存上同步，同時需要解決多個一致性協(xié)議的兼容問題，比如CHI-E和CHI-B等。所以Arteris推出了Ncore這一緩存一致性NoC IP，支持以更高的處理器頻率和更低的時延來打造多核SoC。諸如Mobileye、Tenstorrent和NXP等，都是Arteris Ncore IP的授權(quán)客戶。

然而，即便對于Arteris的Ncore NoC IP來說，也并沒有做到像Arm CoreLink CMN一樣做到上百個核心的互聯(lián)，盡管在最新的Ncore 3.6中最高支持到16個CPU簇，但市面上似乎并沒有具體落地的產(chǎn)品。

開源NoC IP

今年5月21日，北京開芯院發(fā)布了全球首個開源的NoC IP，溫榆河。據(jù)了解，溫榆河的開發(fā)從2022年就開始了，并獲得了多家企業(yè)的支持。同時，第二代NoC IP的研發(fā)工作也已經(jīng)啟動，后續(xù)產(chǎn)品會為“香山”RISC-V核心提供更緊密的適配和優(yōu)化，并更好地支持AI加速器的互聯(lián)與擴展。

溫榆河不僅做到全球首個開源的NoC IP，更是實現(xiàn)了對64核互聯(lián)的開發(fā)和驗證。中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所副所長包云崗也展示了在FPGA平臺上使用“溫榆河”實現(xiàn)16個RISC-V核互聯(lián)，加載Linux并運行多個程序。

寫在最后

溫榆河的發(fā)布不僅是開源芯片設(shè)計的一次創(chuàng)舉，也為打造更多基于RISC-V架構(gòu)的服務(wù)器芯片提供了信心。目前市面上叫得出名字的RISC-V服務(wù)器芯片可謂少之又少，但基于Arm架構(gòu)的服務(wù)器芯片卻在如雨后春筍般冒頭，而且設(shè)計者都是云服務(wù)廠商巨頭。溫榆河發(fā)布后，受益的不僅是開源核心，還有不少商業(yè)IP廠商，未來超多核的RISC-V服務(wù)器芯片又少了一塊設(shè)計壁壘。