但是开源处理器架构需要从软件开发社区获得更多支持,然后才能在数据中心与x86和ARM架构竞争:巴塞罗那RISC-V峰会的总结。

开发人员听说ARM或x86是PC和服务器的内脏,但一种名为RISC-V的替代架构正在出现。

在接下来的几年里,一些公司将不可避免地出货运行在RISC-V处理器上的PC和服务器。这些系统可能会在Linux上运行,因为不知道Microsoft正在为该架构开发Windows操作系统。

但是软件生态系统存在很大的问题——开发人员的支持是可怜的。正在开发芯片架构的RISC-V International更多地谈论硬件,软件在优先级上遥遥领先。

初始支持

自近十年前出现以来,RISC-V迅速获得了主要芯片制造商的支持,包括苹果公司,苹果公司已将控制器置于其苹果硅中。基于RISC-V的芯片内核已经出货了大约10亿个。最近,Meta 宣布推出一款基于 RISC-V 架构的 AI 推理芯片。

芯片架构通常被称为Linux的硬件等价物。它是一种建立在贡献者文化和开源精神之上的免费芯片技术,其中社区共同努力开发和改进产品。

RISC-V是一种免费许可的架构,这意味着任何人都可以将架构的一个版本分叉到自己的芯片中。

带有RISC-V的芯片可以像乐高积木一样编译 - 采用基本架构的公司,并使用专有硬件块进行编译,这些硬件模块可能包括用于AI,图形或安全的加速器。

“曾经是一个实验,一个原型,正在迅速投入生产,”Calista Redmond在上个月在巴塞罗那举行的RISC-V峰会上发表主题演讲时说。

RISC-V的结构使其适用于处理各种应用程序和复杂计算需求的云原生环境。

最小基本指令旨在将 AI 和分析等应用程序快速卸载到 GPU 或专用数学处理器等加速器,这些加速器擅长此类任务。

英特尔和AMD的芯片正在达到其物理极限,RISC-V的灵活性提供了一种将计算推向未来的结构。

例如,RISC-V为稀疏计算等新硬件架构提供了一条途径,该架构正在由智能高级研究项目活动进行研究,其中处理单元更接近存储或内存中的数据。

巴塞罗那超级计算中心提出了将CPU和内存合并到RISC-V芯片中的概念,这将减少机器学习应用程序带来的内存瓶颈。

“我们想要从中得到的 - 它实际上是在内存附近进行内存密集型操作,就像memcpy一样,”BSC的研究员Umair Riaz说,他指的是复制内存块的C++功能。Riaz还提到了自旋锁函数,并提到在内存中执行这些函数的CPU将更高效,更快。

“在本地执行功能,你最终将获得性能和更少的[网络]流量,因为你做得更接近内存,”Riaz说。

为如此复杂的RISC-V芯片编写应用程序对于想要直接对硬件进行编码的最勇敢的程序员来说也可能是一种负担。但英特尔希望提供编码人员在模拟RISC-V环境中开始测试应用程序所需的工具。

OneAPI

英特尔的Codeplay软件部门最近发布了OneAPI构建套件,其中包括供开发人员在x86 PC上的模拟RISC-V环境中测试代码的工具。

该构建套件的标志性功能是支持 SYCL,它允许编码人员编写和编译应用程序,而不管硬件架构如何,英特尔正在迈出第一步,将 RISC-V 支持引入并行编程框架。

该套件包括对英特尔 DPC++/C++ 编译器的支持,该编译器允许重新编译C++代码以跨多个硬件架构使用。

开发人员还可以在类似Raspberry Pi的开发板或Milk-V和StarFive等公司的系统上测试RISC-V代码。两家公司都提供支持Linux的高性能64位RISC-V系统。

RISC-V上对Linux工具的支持不温不火。只有少数软件包完全支持,其中包括Ubuntu OS,Gnu Toolchain,OpenvSwitch,Apache Nuttx和Mozilla的Spidermonkey。

RISC-V的许多软件包可以很好地工作,但仍然没有完全支持。例如,中国的RISC-V开发者社区报告说,开源Fedora中超过80%的软件包现在在RISC-V上得到了支持。

一些关键包,如Pytorch,GCC,TensorFlow和OpenJDK可以工作,但尚未完全支持。对LibreOffice和Firefox等开源应用程序的支持正在建立中。谷歌正在加速在RISC-V上支持AOSP(Android开源项目),这将是下一个架构规范的重要组成部分。

RISC-V服务器芯片制造商Esperanto Technologies和Ventana Micro Systems已经宣布了用于云计算的服务器芯片,但没有过多谈论软件支持或编程模型。Esperanto 已将 Meta 的开放预训练变压器模型移植到其 RISC-V 服务器上。

正在开发架构规范的RISC-V国际公司正试图通过建立RISC-V软件生态系统(也称为RISE)来解决这个问题,为RISC-V系统创建底层软件工具和中间件。最初的支持者包括谷歌、英特尔、英伟达、高通、三星和文塔纳等公司。

RISC-V International首席技术官Mark Himelstein在峰会上谈到了RISC-V从Linux文化的文化根源出发,贡献者为共同的利益做出了贡献。

“这种贡献者文化意味着在RISC-V和其他开源和开放标准发挥作用的社区上游,”Himelstein说,并补充说,“这并不意味着你正在研究正在迅速商品化的拼图。

硬件和软件协同设计也没有结构,使编码人员更容易使用 x86 和 ARM 系统。RISC-V首先开发硬件规范,Linux兼容性稍后出现。这与英特尔非常不同,英特尔在芯片发布之前上游Linux驱动程序,确保硬件与最新版本的操作系统兼容。

RISC-V的软件工作也缺乏像Linus Torvalds那样的自然力量,这种力量可以通过纯粹的意志推动项目向前发展。RISC-V也不够主流,无法吸引大量开发人员。

但与中国的情况不同,中国正在大规模采用RISC-V来制造本土芯片并减少对西方技术的依赖。中国的开发人员正在卷起袖子,为Linux的RISC-V兼容操作系统贡献编码。

他们的动机很简单——工程重点正在推动中国的RISC-V计划,而不是政治,开发人员有足够的动力来构建操作系统支持,尤其是在由于出口限制而看不到最新的西方芯片技术的情况下。

中国公司正在开发一些最先进的RISC-V芯片,社区每天都在增加对更多封装的支持。Fedora、Debian、Gentoo 和 Arch Linux、GNU 工具链和 Clang 的许多核心贡献者都在中国。

中国的RISC-V社区也在领导一项基层工作,将ROCm(AMD的并行编程框架)的支持引入RISC-V处理器。AMD没有回应有关其是否参与将ROCm移植到RISC-V的评论请求。