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國芯科技:已結束基于RISC-V架構GPGPU研發(fā)

842221752 ? 來源:電子發(fā)燒友 ? 作者:吳子鵬 ? 2024-12-20 00:15 ? 次閱讀

電子發(fā)燒友網(wǎng)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?!?br />

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(chǎn)品有很多,包括各種基于ARM架構的產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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。

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