RISC-V开始走进AI和HPC应用

随着 RISC-V 作为 Arm 的开源替代品越来越受欢迎，多家公司已宣布建立合作伙伴关系并开展研究以增强 ISA。

预测显示，人工智能将继续推动 RISC-V 的采用率每年上升 50% 以上。为了满足这一需求，多家公司已宣布建立合作伙伴关系，以增强和集成其 RISC-V 解决方案，以应对人工智能和高性能计算 (HPC) 工作负载。

由于 RISC-V 是一种开源 ISA，因此它对于开发人员可能没有基于 Arm 的参考资料可供参考的新型应用特别有用。此外，RISC-V 的小型指令集使其对节能设计很有帮助。

Esperanto 与 Arteris 合作开发 RISC-V HPC 和 AI

2022 年，Esperanto Technologies 发布了其 ET-SoC-1 RISC-V 处理器，该处理器由 1,000 多个节能的 64 位 RISC-V 内核组成。据报道，ET-SoC-1 针对生成式 AI 和 HPC 工作负载，在关键 AI 工作负载上的性能提高了 50 倍。在如此大的 SoC 中，可能有数十万个控制和状态寄存器 (CSR)，允许软件与硬件交互。这些 CSR 构成了所谓的硬件-软件接口。

ET-SoC-1 芯片的内部框图。

Esperanto 最近选择了 Arteris 的 IP CSRCompiler来管理与 ET-SoC-1 寄存器规范相关的复杂性。顾名思义，CSRCompiler 可以采用多种格式的寄存器规范（例如 Excel 电子表格或以专有 CSRSpec 格式编码的规范），并快速生成 RTL、文档和验证测试台。这可以大幅缩短开发周期和上市时间，此外还可以提高 RTL 的质量（因为它也是自动生成的）。

CSRCompiler 根据寄存器规范自动生成 RTL、文档等。

Arteris 称，CSRCompiler和 CSRSpec 可轻松插入敏捷开发流程。敏捷是一种开发方法，传统上用于软件开发项目，在硬件领域越来越受欢迎，可以缩短上市时间并简化开发。通过集中和自动化寄存器规范，CSRCompiler 允许团队在敏捷工作流程的所有步骤中轻松构建和维护寄存器规范。

Ubuntu 获得 RISC-V 平台

近日，总部位于伦敦的计算机软件公司 Canonical 宣布了针对 Milk-V Mars 平台优化的 Ubuntu 镜像。该公司表示已与 Milk-V 达成战略合作协议，Milk-V 将为 Canonical 提供硬件赞助，以持续完善 Ubuntu RISC-V 生态系统。

Milk-V Mars

Milk-V Mars是一款高性能 RISC-V 主板，大小与信用卡相当。它配备 8 GB RAM 和 StarFive JH7110 视觉处理平台。它还具有各种接口，包括 USB、MIPI 和 HDMI。Ubuntu 现在与 Milk-V Mars 兼容，RISC-V 爱好者和公司可以从 Ubuntu 背后庞大的生态系统中受益。Ubuntu 安全可靠，而且是世界上 最受欢迎的 Linux 发行版之一。

用于 TNN 推理的 RISC-V 轻量级扩展

随着对物联网传感器等边缘设备高效处理的需求不断增长，对能够最大限度降低能耗的 AI 解决方案的需求也日益增长。传统的深度神经网络 (DNN) 通常对这些平台来说资源过于密集。另一方面，三元神经网络 (TNN) 效率更高，但从历史上看，需要特殊的加速器来实现这种效率提升。

最近，苏黎世联邦理工学院的一组研究人员推出了xTern，这是 RISC-V ISA 的 TNN 扩展。与传统的两位方法相比，XTern 的吞吐量提高了 67%，而功耗仅增加了 5.2%。这一进步将能源效率提高了 57.1%，并使低功耗边缘 AI 平台上的CIFAR-10 分类准确率提高了 1.6 个百分点。

xTern 阈值压缩硬件示意图。

xTern 通过优化 RISC-V 处理器上 TNN 的处理方式来提高吞吐量。通过引入专用指令，xTern 加速了三元算术运算的计算，从而提高了通用内核的处理速度。这种效率提升对于在边缘 AI 场景中提高性能并保持低功耗至关重要。

RISC-V 是否已为超级计算做好准备？

RISC-V 处理器直到几年前还被认为是特定功能的辅助处理器，但现在似乎正在获得对完全不同类型的角色的支持——高性能计算。

这仍处于讨论阶段。关于软件生态系统，或者芯片、主板和系统是否足够可靠，仍然存在疑问。而且存在业务和技术问题，其中业务问题最为困难。但它表明了RISC-V架构的势头，由于其开放的 ISA，该架构的采用和实验数量激增。这反过来又为行业提供了创新的自由。

Codasip首席营销官 Rupert Baines 表示：“ISA（指令集架构）本身并不吸引人，而是围绕它构建的东西。因此，围绕安全性和发布最佳实践、指南和参考架构的工作组非常重要。Open Titan 是开源信任的根源，它之所以重要，是因为它是一个已经做得很好的参考架构。人们可以看看它，而不必重新发明轮子，也许还会犯错误。”

现在最大的问题是，这种架构能在多大程度上推动新方向的发展。芯片行业已进入领域专用计算时代，处理器可以针对特定任务进行高度定制，然后在这些任务上胜过其他固定架构。但如果软件需要针对这些定制核心进行优化，这也会使软件的移植变得更加困难。

对于 RISC-V 来说，高性能计算和超级计算可能代表着一次巨大的飞跃。超级计算机被定义为与通用计算机相比具有高性能的计算机。这些计算机通常是具有矢量扩展的浮点计算机，而目前的领先者 Frontier 能够在 LINPACK 基准测试中以大约 1.1 exaFLOP 的速度运行。它拥有 8,730,112 个基于 x86 ISA 的处理核心。

然而，随着其他替代方案的广泛应用，对这种庞然大物的需求也在不断变化。HPC 曾经是一台定制设计的通用计算机。如今，每个人都可以使用非常类似的功能，部署高速服务器集群，无论是在本地还是在云端托管。