國芯科技：已結束基于RISC-V架構GPGPU研發(fā)

電子發(fā)燒友網報道（文/吳子鵬）近日，有投資者在互動平臺向國芯科技提問：請問貴公司是否有GPU研發(fā)計劃？

對此，國芯科技回答稱，“公司與上海清華國際創(chuàng)新中心合作開展了基于開源RISC-V指令架構的GPGPU內核研發(fā)工作，2024年7月公司已完成第一版RTL代碼設計并對外公開發(fā)布。由于公司聚焦汽車電子芯片、服務器和云應用安全芯片、量子安全芯片以及AI MCU芯片的研發(fā)及設計，RISC-V GPGPU當前階段的研發(fā)工作已結束，未來公司將視國際上開源RISC-V GPGPU技術的進一步發(fā)展情況再考慮新的研發(fā)計劃安排。”

基于RISC-V做GPGPU

在AI大模型的推動下，目前全球算力需求增長迅猛。以中國市場為例，《全國數(shù)據(jù)資源調查報告（2023年）》顯示，2023年全國2200多個算力中心的算力規(guī)模約為0.23十萬億億次浮點運算/秒（ZFLOPS），同比增長約為30%；全國數(shù)據(jù)存儲總空間為2.93ZB，存儲空間利用率為59%。

在算力芯片的供應中，根據(jù)Gartner的數(shù)據(jù)，英偉達在全球人工智能芯片市場的市占率最高可能已達到90%。目前，替代英偉達GPGPU的產品有很多，包括各種基于ARM架構的產品，尤其是ASIC形態(tài)的算力芯片。當然，也有企業(yè)選擇采用RISC-V打造GPGPU。

比如，在國際市場，佐治亞理工早在2021年就研究發(fā)表了一種支持CUDA的RISC-V GPU架構——Vortex。Vortex RISC-V GPGPU旨在提供基于RV32IMF ISA的全系統(tǒng)RISC-V GPU。這意味著32位內核可以從1核擴展到32核GPU設計，支持OpenCL 1.2圖形 API，它還支持一些CUDA操作。

國內市場，國芯科技與上海清華國際創(chuàng)新中心聯(lián)合開發(fā)的首款基于RISC-V向量擴展（RVV）的GPGPU“Ventus（承影）”，是國內首個開源GPGPU。承影原是上海清華國際創(chuàng)新中心自己的科研項目，基于GPGPU編程模型進行設計，采用RISC-V向量擴展，基于LLVM開源工具鏈完成GPGPU編譯器的開發(fā)，支持OpenCL開源并行編程框架。同時，承影參考RISC-V CPU開發(fā)思路，在滿足SIMT基礎功能的同時，汲取了RISC-V向量擴展在功能定義和指令設計上的優(yōu)勢，并將二者有機結合，使得承影同時具備向量處理器工具鏈兼容性和GPGPU編程靈活性，也能更好結合RISC-V編譯器、打造統(tǒng)一指令集SoC系統(tǒng)。

根據(jù)相關的開源信息，承影是一個開放源碼的通用并行計算（GPGPU）框架，專為高效利用現(xiàn)代圖形處理器的計算能力而設計。它采用C++接口，并且提供了易于使用的編程模型，旨在簡化GPU編程，讓開發(fā)者能夠更便捷地實現(xiàn)高性能計算任務。

承影有很多出色的特性，比如高級抽象層次，允許開發(fā)人員以相對簡單的代碼實現(xiàn)復雜的并行算法，這種抽象降低了理解和調試并行代碼的復雜性，使得非GPU專家也能快速上手；擁有動態(tài)調度能力，不同于許多其他GPU框架的靜態(tài)調度，承影實現(xiàn)了一個動態(tài)調度系統(tǒng)，能在運行時根據(jù)硬件狀態(tài)調整任務分配，從而最大化資源利用率；靈活可定制，承影可以根據(jù)特定需求進行調整；異構計算支持特性，承影除了支持標準的GPU，還可應用于多核CPU和其他加速器，適應不同應用場景的需求。


如上所述，作為開源的且基于RISC-V架構的GPGPU，國芯科技同上海清華國際創(chuàng)新中心以及智繪微電子合作研發(fā)的開源RISC-V GPGPU正是基于上海清華國際創(chuàng)新中心“承影”GPGPU的技術基礎，然后聯(lián)合發(fā)展基于Verilog版本的開源RISC-V GPGPU內核技術。不過，就像除了英偉達的GPGPU之外，其他同類型的產品很難落地一樣，從技術難度來說，開源RISC-V GPGPU落地的挑戰(zhàn)更大。

這里面的挑戰(zhàn)有很多，比如原本承影是使用Chisel HDL進行開發(fā)，然后通過make verilog命令生成Verilog代碼，便于進一步的FPGA或ASIC實現(xiàn)，這就無形中抬高了技術門檻，比如Chisel本質上還是Scala語言，因此要學習Chisel，需要具備Scala語言的基礎，而scala是一門相對較難的語言，從Chisel HDL轉換到Verilog之后，名詞的替換給問題定位和代碼替換帶來了很大的挑戰(zhàn)。還有一個挑戰(zhàn)是生態(tài)，無論是Chisel HDL的工具生態(tài)，還是基于RISC-V打造GPGPU的產品生態(tài)，生態(tài)都太過于狹窄，而開源是一個需要大量人員參與的項目形態(tài)。

結語

基于RISC-V實現(xiàn)GPGPU具有很宏大的愿景，且擁有很多獨特的優(yōu)勢。然而，當前GPGPU所面臨的算力輸出場景其實并不多元，高算力、高并行、高能效是主要的需求，雖然針對不一樣的模型有一定的算子需求差異，但是現(xiàn)階段英偉達GPGPGU和其他同類的GPGPU，在算力豐富度方面已經很強大，RISC-V想靠靈活性和開源進去這個領域，難度確實太大了。