RISC-V指令集處理器頻率已超5GHz 功耗僅Intel至強百分之一

十年前,一個想法誕生於加利福尼亞大學伯克利分校的一個實驗室中,他們創造了一種通用的計算機芯片語言,按照他們的設想,這套指令將被能所有芯片製造商所使用,而不屬於任何公司。

它本意不是想成為一種令人印象深刻的新技術,它只是希望可以使整個行業處於同一頁面上,以簡化芯片製造以推動發展。

但是,在邁向全球芯片標準的過程中發生了一件有趣的事情:正如伯克利所做的努力一樣,RISC-V已經開始在芯片設計方面產生一些技術突破。

僅舉一個例子,最近使用RISC-V的微處理器設計的時鍾速度已經達到5 GHz,遠高於最新的運行於3.2 GHz頻率的英特爾頂級至強服務器芯片E7。然而,新型RISC-V芯片在1.1伏特時僅消耗1瓦功率,還不到英特爾至強所消耗功率的百分之一。 

RISC-V的速度和功率效率也超過了Exynos 4的規格,Exynos 4是三星電子為其智能手機生產的頂級產品,它基於英特爾主要競爭對手ARM Holdings Plc提供的計算核心。 

加州大學伯克利分校的教授David Patterson在接受ZDNet采訪時說:「這真是太令人驚訝了。因為我認為IBM大型機具有5GHZ頻率的產品應該需要液冷,且耗電100瓦「。

令Patterson感到驚訝的是,技術創新正在興起。他說,「創新的潛力永遠存在」,但是當他和伯克利大學的同伴KrsteAsanović於2011年首次為RISC-V撰寫宣言時,這並不是他們主要的期望。

他說:「我認為將會發生的一件事是,因為它是開放的,我們將看到所有這些競爭。「 

Patterson說:「也許是由於所有競爭,我們開始在設計領域看到一些真正有趣的觀點。」 

這個新型的5 GHz處理器原型並不是由初創公司的創建。它是由硅谷知識產權設計公司Micro Magic Inc.製造的,該公司已經與所有大型硅谷公司進行了25年的合作。少量但經驗豐富的芯片設計人員完成這項任務的能力表明,設計復興可能即將到來。

嵌入式基準微處理器聯盟(Embedded Benchmark Microprocessor Consortium)記錄,該芯片不僅在功耗更低的情況下速度更快,而且在原始CPU性能的基準得分(稱為CoreMark)上的得分也高於英特爾和三星。RISC-V芯片的得分為13,000,是基於ARM的Exynos的每核性能得分的兩倍以上。

盡管Intel Xeon的每個內核名義上要高一些,為26,009,但Xeon部件需要更多的120個執行線程才能達到該性能。 

長期擔任芯片行業高管的Andy Huang博士擔任Micro Magic的業務聯絡人。他在接受電話采訪時向ZDNet解釋說,突破在於CPU和記憶體交互的方式。Micro Magic的兩位創始人Mark Santoro和Lee Tavrow在90年代初獲得了SRAM計算機記憶體芯片的專利,這是有史以來最快的這種記憶體。

RISC-V原型消除了快速記憶體和慢速芯片可能存在的瓶頸。

「如果記憶體運行速度為5 GHz,邏輯運行速度為1 GHz,瓶頸在哪里呢?「 黃笑了笑,但沒有透露細節。

Huang說,關鍵在於,由於RISC-V是開放的,與英特爾芯片的復雜指令集架構甚至ARM芯片中的RISC版本不同,RISCV可以通過芯片設計來解決這一瓶頸。如果芯片的指令被鎖定,則不可能。 

他使用的類比是Android與iOS。 

「我問兒子為什麼比蘋果更喜歡三星(智能手機),他說這是因為如果他想要改變某些東西,他可以要求他的一位編程朋友為他做,因為Android是開放的,與iOS不同,」黃說。 

Huang說:「這就是為什麼我們將所有成功歸功於Patterson博士的原因。「 「到目前為止,他創建了最高效,最優雅的RISC體系結構。」

黃說:「我們應該叫他SaintPatterson。「 

修補指令集的能力僅僅是Micro Magic展示的一部分。有經濟因素在起作用。

Huang博士強調,與CISC或ARM的指令集各有1000多個指令不同,RISC-V的指令集少於一百個。 

由於RISC-V指令集的簡單性,Micro Magic能夠使用標准硅晶圓生產芯片,而無需進行特殊調整。這樣就可以使用所謂的shuttle run,在製造過程中,芯片與其他人的芯片在同一晶圓上分組在一起。這樣可以便宜得多,因為晶圓的成本在許多方面分擔。

Patterson指出:「人們談論要花費1億美元來定製ASIC。」 「好吧,他們沒有花一億美元來做到這一點,「Patterson在評價 Micro Magic時說。

盡管沒有得到帕特森和黃的強調,但還有第二個因素在起作用。如果您沒有支付ARM許可證的開銷,那麼使用shuttle run 就容易得多,然後必須將其分攤到許多部分。

從某種意義上說,從某種意義上講,RISC-V可以促進從啤酒廠到奶酪再到服裝等許多現代產品線中所見的微批量生產方法。 

考慮到全球最大的芯片製造商之一的英偉達(Nvidia)正在以400億美元的價格收購ARM,因此經濟學上的問題頗具爭議。此次出售將使Nvidia能夠從ARM的知識產權中獲得專利使用費,並為世界上使用最廣泛的芯片指令制定了發展路線圖。

Nvidia首席執行官黃仁勛(Jensen Huang)描述了他對ARM的雄心勃勃的計劃,並且他向華爾街保證,ARM的許可證持有者,他的競爭對手不會介意他購買最大的供應商。 

但是此舉顯然為替代品提供了新的機會。被問到這筆交易的時候,帕特森的回應是謹慎的。因為英偉達是RISC-V生態系統的成員,並全心全意地支持該技術。 

「我認為,人們往往認為RISC-V只是一個學術想法,」帕特森告訴ZDNet。「然後,當證明可以購買和出售專有指令集時,這將成為開放式體系結構的另一個理由。「

Micro Magic的Huang表示,自從Micro Magic發布其簡短的芯片公告以來,他已經吸引了技術巨頭的興趣。

Huang說:「我已經收到了兩家上市公司的電子郵件,」但黃未透露姓名。 

Huang提供了一種假想的方案,在這種方案中,Apple或Google可以使用該芯片,在能耗方面取得突破。 

Huang對ZDNet表示: 「谷歌已經擁有移動開源軟件Android,想想如果所有移動客戶也擁有最省電,性能最高的開源RISC核心,將會為他們帶來什麼好處。「

Huang表示,「想象一下最新的Apple Watch不必隔夜充電。」

Huang說,不管有沒有這樣的大交易,Micro Magic都希望將其RISC-V知識產權納入越來越多的設計中,以便對全球用電量產生實質性影響。

「我們使用此IP的意圖是幫助世界,幫助PC,筆記本電腦世界,平板電腦世界,手機世界,可穿戴設備,游戲,電動汽車和IoT –您為它命名的一切,我們目標是將世界的碳排放量減少一半。「

一個原型CPU並不是革命性的。與英特爾和其他公司的實際發貨產品進行比較,可以得出一個事實,即完成芯片設計還需要更多的零件。 

這就是RISC-V周圍公司的生態系統變得重要的地方。宣布將使用RISC-V的已發布公司的數量雖小,但仍在增長。

「您可以想到的所有產品,一直到數據中心,現在人們都在認真考慮RISC-V,」 Patterson說。

他說:「從某種意義上說,我們已經走到了盡頭,從幾年前我為什麼會使用RISC-V,到為什麼我不使用RISC-V?「

在生態系統各方中突出的是SiFive,這是一家位於硅谷的初創公司,多年來一直專門基於RISC-V開發芯片知識產權。今年8月,該公司成立了一個業務部門,致力於為各種應用(包括AI和邊緣計算)生產定製芯片,稱為OpenFive。Patterson的合作者Asanović教授是SiFive的首席架構師。

另一個是嵌入式處理器製造商台灣晶心科技(Andes Technology of Taiwan),該公司多年來已向電子產品製造商出售了數十億個CPU設計。 

上個月,SiFive和Andes Technology都在著名的芯片技術會議Linley Fall Processor Conference上展示了使用RISC-V的AI新芯片設計。 

SiFive告訴ZDNet,它現在已經贏得了80多家公司的200多個設計訂單,其中包括前十大半導體製造商中的六個。SiFive對ZDNet表示: 「隨着FADU,Huami,Qualcomm,三星和Synaptics的Design Win,SiFive目前已發貨了數千萬個內核。」

晶心在本月的季度報告中告訴投資者,今年其收入的大約三分之一來自基於RISC-V的零件。

希捷科技公司和大型磁盤驅動器製造商西部數據公司都是下個月的RISC-V峰會的贊助商,該峰會是生態系統的第三屆年度技術大會。該活動是由RISC-V國際協會贊助的,該協會是一家非營利性公司,目前代表750多個致力於推進該標準的各方,其中包括中國智能手機廠商華為,芯片製造商Xilinx和高通以及IBM。Asanović是該小組的主席,而Patterson是副主席。

但是,無論RISC-V多麼成功,世界可能永遠都不知道其用法的全部范圍。這是因為,盡管ARM和其他商業技術提供商在其被許可人簽署文件的同時,也沒有人使用RISC-V披露使用情況。 

RISC-V International要求供應商自願披露使用情況,但不強迫此類披露。

因此,Patterson說,「很難看到具體的證據「表明RISC-V的使用范圍。

盡管如此,諸如Micro Magic產品的技術進步證據向Patterson和其他人暗示,RISC-V的影響最終可能很大。

最近,Patterson通過視頻與合作者進行了一系列的一對一訪談,以虛擬地慶祝RISC-V十周年。

帕特森告訴ZDNet,一位合作者提出了驚人的觀點。

帕特森回憶說:「在五到十年內,RISC-V可能是世界上最重要的指令集」。 他說:「一方面,這聽起來很瘋狂,但這並非不可能。」 

RISC-V指令集處理器頻率已超5GHz 功耗僅Intel至強百分之一

來源:快科技