简化指令集架构加速芯片开发并获奖

工程17（2022）7新闻亮点简化的指令集架构加速芯片开发并赢得2022年Draper奖克里斯·帕尔默高级技术作家精简指令集计算机（RISC-V）的第五代--流水线计算机芯片指令集2022年2月初，硅重量级英特尔（美国加利福尼亚州圣克拉拉）宣布对RISC- V生态系统进行重大投资，这是英特尔推出的10亿美元基金的一部分，旨在支持其与其他开发新芯片技术的公司之间的合作关系[1，2]。此举支持英特尔“英特尔与几个RISC-V成员的合作是一个巨大的信号，业界对RISC-V的兴趣和采用日益增长，”RISC-V国际首席执行官Calista Redmond说。英特尔认识到RISC-V将是其代工事业成功的关键组成部分，因此该公司正在大力投资，使公司更容易设计RISC-V解决方案。RISC-V市场虽然仍然相对较小，但预计将迅速增长。咨询和分析公司Deloitte Global（美国纽约州纽约市）预测，RISC-V处理核心的市场将在2022年比2021年翻一番，并在2023年再次翻一番。不过，RISC-V收入的增长将更加缓慢，从2021年的不到4亿美元增长到2023年的近8亿美元，到2024年将接近10亿美元[3]。在基本层面上，芯片中的ISA允许软件直接控制硬件，现在驱动世界上大多数设备的芯片使用两种完善的专有ISA。 在过去的几十年里，英特尔相比之下，大多数智能手机使用基于ARM的芯片，主要是因为它们消耗很少的功率。但现在，越来越多的美国、欧洲，尤其是亚洲的公司将RISC-V视为这些根深蒂固的标准的有吸引力的替代品和补充。RISC-V是多年来创建的许多基于RISC的 ISA之一，其中包括ARM，其中四个人在3月获得了2022年Charles Stark Draper奖。“斯 蒂 芬 ·B· 阿 森 特 英 国 曼 彻 斯 特 大 学 计 算 机 工 程 教 授 Furber;Hennessy，美国加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学计算机科学和电子工程教授;美国加州大学伯克利分校名誉教授帕特森Wilson和他们的许多合作者通过降低核心可执行指令集的复杂性来构建更小，更低功耗但性能更好的处理器[4]。使用RISC-V，结果是一个47指令的内核--与x86的1000多指令和ARM的大约500指令相比微不足道RISC-V是一种可扩展的ISA，这意味着公司可以实现指令集核心，然后通过添加定义的扩展或创建自己的扩展来扩展它，以构建定制的处理器。这使得基于RISC-V的芯片设计易于修改，在应用于广泛的数字应用时具有更大的灵活性，从高性能计算（HPC），自动驾驶汽车和物联网（IoT）到存储，图形和人工智能（ AI）和机器学习[3]。“RISC-V相当复杂。它没有30年的包袱，这使它成为一个除了提供灵活性外，开放标准也使RISC-V成为一个有吸引力的选择，特别是对于那些希望设计定制芯片而无需花费数百万美元许可费来使用专有芯片架构的初创公司。这两个因素都被认为使RISC-V成为越来越受欢迎的芯片架构，如计算存储巨头希捷（美国加利福尼亚州库比蒂诺）和西部数据（美国加利福尼亚州圣何塞）以及电子商务巨头阿里巴巴（中国杭州）[6]。作为开放标准，RISC-V也吸引了那些可能由于出口限制而失去或担心失去x86或ARM访问权的公司。选择RISC-V可以消除这个问题。中国公司占RISC-V国际会员的三分之一以上，其中包括华为（中国深圳）和阿里云，多家大型中国公司已宣布有意使用RISC-V芯片。此外，中国在2021年底成立了一个研究机构，https://doi.org/10.1016/j.eng.2022.08.0032095-8099/©2022 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可从ScienceDirect获取目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engC. 帕尔默工程17（2022）78阿里巴巴致力于RISC-V处理器项目[8]，宣布努力将Android移植到RISC-V[9]，两家中国公司-DeepComputing和Xcalibytes-已经开始在中国深圳制造世界上通过搭上RISC-V的顺风车，英特尔旨在帮助RISC-V开发为重点的公司，包括宣布的合作伙伴Andes Technology（中国新竹），Esperanto Technologies （美国加利福尼亚州山景城），SiFive（ 美 国 加 利 福 尼 亚 州 圣 马 特 奥 ） 和 Baktha 的 Ventana MicroSystems，通过优先考虑其制造运行并与他们合作共同开发优化设计的制造技术，更快地进行创新[1，2]。英特尔10亿美元基金的主要目标这将有助于芯片巨头的新合资企业英特尔铸造服务，制造芯片，每个芯片包含多个小芯片管芯，定制混合x86、ARM和RISC-V内核。“人们问英特尔是否将RISC-V视为威胁，”Baktha说。“他们的投资表明了另一种情况。让RISC-V与x86基础设施共存，使数据中心创新等事情以前所未有的水平发生对RISC-V的兴趣主要来自对AI应用的需求。对于基于边缘的人工智能实现，人工智能过程在笔记本电脑等本地设备上运行和生成数据，而不 是 在 云 中 ， “ 计 算 和 人 工 智 能 需 要 在 统 一 的 架 构 中 结 合 在 一起，”Baktha说。“RISC-V是唯一的方法。半导体咨询公司SemicoResearch（美国亚利桑那州凤凰城）估计，从现在到2027年，基于RISC-V的人工智能片上系统（SoC）-由计算机的所有或大部分组件组成的集成电路-将平均每年增长74%。Semico还计划推出RISC-V AISoC消费者物联网解决方案在同一时间段内每年增长140%，数据中心服务器等HPC市场每年增长98%。在2010年首次发布时，RISC-V缺乏机器学习数学所需的向量指令，包括矩阵乘法。为了克服这一差距，世界语工程师开发了自己的指令，并将其整合到他们的新芯片ET-SoC-1（图1）中，该公司将其作为第一款高性能RISC-V AI芯片销售[2]。该公司专门设计了ET-SoC-1，用于功率高效的推理处理，并与AI推荐系统中强大的图形处理单元（GPU）竞争（该系统根据用户的演示图形或先前行为等数据向用户提供相关建议），主要用于电子商务和社交媒体公司[12]。ET-SoC-1的尺寸是其主要竞争对手英伟达A100芯片的一半，包括三星在内的几家公司现在正在探索在其设备中使用ET-SoC-1[13]。其他最近开发人工智能处理器的公司正在使用RISC-V和定制机器学习加速技术的组合。例如，分层学习图1.一、Esperanto Technologies图片来源：Esperanto Technologies（公有领域）。位于美国圣何塞的Ceremorphic于2022年1月宣布的处理器结合了RISC-V和ARM内核以及自己的自定义机器学习和浮点运算单元[14]。英特尔也变得RISC-V来支持自动驾驶是嵌入式AI处理器公司Kneron（美国加利福尼亚州圣地亚哥）。去年11月，该公司开始大规模生产其第一款基于新型神经网络的RISC-V KL 530芯片，该芯片可执行图像分类任务。2022年6月，已经提供基于RISC-V的Nios V处理器的英特尔宣布与西班牙巴塞罗那超级计算中心合作，建立一个4亿美元的设施，专门用于开发用于HPC的RISC-V处理器，以及用于人工智能和自动驾驶汽车的专用芯片。合作的主要目标是创建比当今最快的超级计算机强大1000倍的zettascale系统虽然RISC-V的未来看起来很光明，但在市场完全接受ISA之前，开发人员仍然面临着一些挑战。某些新的基于RISC-V的软件编译器、处理器和计算机设计必须重新构建，这是一个耗时且昂贵的前景。此外，虽然RISC-V得到了几个Linux发行版的支持，包括Ubuntu，Debian，FreeBSD，NetBSD和OpenBSD，它还没有适应其他一些广泛使用的操作系统。无论如何，像它的许多推广人一样，雷德蒙德专注于她认为RISC-V给计算世界带来的灵活性引用[1] 英特尔推出10亿美元基金，打造代工创新生态系统Santa Clara：Intel; 2022 Feb7[cited2022Jul13]. 可 从 ： https://www.intc.com/news-events/press-releases/detail/1525/intel-launches-1-billion-fund-to-build-a-foundry获得。[2] RISC-V AI芯片将无处不在。纽约市：IEEE Spectrum; 2022年2月24日[引用于2022年7月5日]。网址：https：//spectrum。ieee.org/risc-v-ai网站。[3] [1] Stewart D，Bucaille A，Kodama E，Crossan G.RISC-y业务：开放芯片标准RISC-V能否获得对主流企业的吸引力[互联网]。纽约市：德勤; 2021年12月1日[引用2022年7月5日]。可查阅：https：www2.deloitte.com/us/en/insights/industry/technology/technology-media-and-telecom-predictions/2022/risc-v-open-source-cpu.html。[4] 2022年德雷珀奖获得者因对RISC芯片的发明做出贡献而获奖。华盛顿特区：美国国 家 工 程 院 ;2022 年 3 月 [ 引 用 2022 年 7 月 23 日 ] 。 可 从 ：https://www.nae.edu/276632/2022-德雷珀奖获奖者荣誉的贡献，以发明的RISC芯片。[5] 贝利湾一个最小的RISC-V [互联网]。圣何塞：半导体工程; 2022年1月13日[引用2022年7月13日]。可查阅：https://semiengineering.com/a-minimum-risc-v/。[6] Hsu J. 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