RISC-V能成为高性能计算的力量吗？

根据该领域的一些技术专家的说法，RISC-V 架构看起来将在高性能计算 (HPC) 领域变得更加普遍，甚至可能成为主导架构。

与此同时，欧洲高性能计算联合组织（EuroHPC JU）刚刚宣布了一项旨在开发基于 RISC-V 的 HPC 硬件和软件的项目，并计划部署基于该技术的未来百亿亿级和后百亿级超级计算机。

RISC-V 作为开源指令集架构 (ISA) 已经存在了至少十年，而 基于改ISA 打造的的实际硅在过去几年已经进入市场。

这种方法的吸引力在于该体系结构不仅可以免费使用，而且还可以扩展，这意味着可以将特定于应用程序的功能添加到 RISC-V CPU 设计中，并通过向标准 RISC 添加自定义指令来访问-V 组。

戴尔科技公司的杰出工程师 Aaron Potler 表示，后者可能被证明是 RISC-V 在 HPC 领域更广泛采用的驱动因素。

Potler 说：“RISC-V 社区在 HPC 中的协同作用和实力不断增强，因此 RISC-V 确实有非常非常好的机会在 HPC 上变得更加流行。”

Potler 在戴尔 HPC 社区在线活动中发表讲话，概述了戴尔首席技术和创新官办公室的观点。

然而，他承认，迄今为止，RISC-V 并没有真正在 HPC 领域取得多大的成功，这主要是因为它最初设计时并没有考虑到这一目的，但“现在有一些针对 HPC 的目标”，因为它所代表的商业模式。

他在某种程度上与 Linux 进行了比较，Linux 与 RISC-V 一样，最初是一个小项目，但由于其开放性而越来越受欢迎（正如 Potler 承认的那样，它也可以免费下载和运行）。

“当时没有人会想到 Linux 会在一些高端计算机上运行。1993 年 TOP500 榜单出来的时候，只有一个 Linux 系统上榜。如今，TOP500 榜单上的所有系统都运行 Linux。他们中的每一个。几年来一直如此，”他说。

如果 Linux 最初不是针对 HPC 市场，而是因为其固有的优势而被采用，那么 RISC-V 可能也会发生同样的情况，如果有足够的优势，比如它是一个开放标准。

“如果这是行业想要的，那么社区就会让它发挥作用，它会让它发生，”Potler说。

他还与 Arm 架构进行了比较，后者最终将富士通的 Fugaku 超级计算机推向了 TOP500 排名的第一位，并且通过扩展指令集以支持 A64FX 处理器中的 512 位可扩展矢量引擎单元而显着实现了这一目标。

“那么，为什么基于 RISC-V 的系统有一天不能成为 TOP500 的第一名呢？” 他问。

Potler 声称，已经完成了与 HPC 相关的 RISC-V 指令和体系结构扩展的工作，尤其是那些用于矢量处理和浮点运算的工作。

所有这些都意味着 RISC-V 具有潜力，但它真的能在 HPC 领域取得进展吗？该领域曾经拥有各种处理器架构的系统，但现在几乎完全由 X86 和 Arm 主导？

“RISC-V 确实有潜力成为 HPC 市场的首选架构，”Omdia 首席分析师 Roy Illsley 说。“我认为英特尔正在失去对整个市场的控制，HPC 领域正变得更加专业化。”

Illsley 指出，RISC-V 的开源性质意味着任何芯片制造商都可以生产基于 RISC-V 的设计，而无需支付版税或许可费，并且许多硅制造商和开源操作系统都支持这一点。

Omdia 数据中心计算与网络首席分析师 Manoj Sukumaran 对此表示赞同，他表示 RISC-V 的最大优势在于其非专有架构与各国的技术主权目标非常吻合。“高性能计算能力对任何国家来说都是一种战略优势，是一个国家科学和经济进步的必然组成部分。没有哪个国家希望处于像中国或俄罗斯这样的境地，这正在推动 RISC-V 的采用，”他声称。

根据 Sukumaran 的说法，RISC-V 也是一种“非常高效且引人注目的指令集架构”，并且可以根据特定计算需求使用附加指令对其进行定制，这也使其变得敏捷。

EuroHPC JU 呼吁建立合作伙伴关系框架以开发基于 RISC-V 的 HPC 硬件和软件作为欧盟范围生态系统的一部分，这可能是争取主权或至少是更大程度的自力更生的动力。

据 EuroHPC JU 称，预计随后将制定一项雄心勃勃的行动计划，以构建和部署基于该技术的百亿亿亿亿次和后百亿亿次级超级计算机。

它在公告中表示，欧洲芯片法案将 RISC-V 确定为下一代技术之一，应引导投资以保持和加强欧盟在研究和创新方面的领导地位。这也将增强欧盟先进芯片的设计、制造和封装能力，以及将其转化为制成品的能力。

SiFive和Ventana等芯片公司已经提供了高性能 RISC-V 设计，但这些设计通常要么是客户可以采用并由台积电等代工公司制造的设计，要么可以作为小芯片提供，可以与其他人构建自定义片上系统 (SoC) ，这是 Ventana 的方法。

使用自定义指令创建 CPU 设计以加速特定功能可能超出大多数 HPC 站点的资源范围，但也许不是大型用户组或论坛。然而，IDC 欧洲高级研究总监 Andrew Buss 表示，chiplet 方法可以在一定程度上降低该项目的风险。

“与其尝试做一个单一的大型 CPU，你可以从小芯片组装一个 SoC，从某个地方获得你的 CPU 核心，从其他地方获得 I/O 集线器和其他功能，”他说，尽管他补充说这需要标准化接口来将小芯片链接在一起。

但 Buss 表示，尽管 RISC-V 具有潜力，但软件生态系统更为重要。“底层微架构是什么并不重要，只要有足够的应用程序和工具软件生态系统来支持它，”他说。

Potler 同意这一点，他说：“HPC 成功的最关键部分之一是软件生态系统。因为我们都在软件次之的架构上工作过，那段时间非常令人沮丧，对吧？”

他说，开发人员工具，尤其是编译器，需要“可靠，需要扩展，并且需要很好地理解 ISA 才能生成好的代码”。

这也在定义自定义指令方面发挥了作用，因为这些需要分析器或一些性能分析工具来识别正在使用的应用程序中耗时的代码序列，并衡量专用指令是否可以加速这些代码。

“所以如果我把这些指令拿出来，我需要一个可以模拟这个[新]指令的模拟器。如果我把它放在这里并把其他的指令拿出来，第一个问题是，答案是否正确？那么另一件事就是：它的运行是否足够值得？”

Potler 说，另一个重要因素是编译器是否可以识别应用程序中的代码序列并用自定义指令替换它以提高性能。

“你还会看到指令集架构的扩展将为当前和未来的 HPC 应用程序提供性能优势，无论它们是什么，”他补充道。

然而，Buss 警告说，即使对 RISC-V 有很大的兴趣，HPC 站点的用户也需要时间才能到达那里。

“没有什么能阻止 RISC-V，但需要时间将性能和功率发展到所需水平，”他说，并指出 Arm 架构花了十多年的时间才达到在这方面具有竞争力的地步空间。

英特尔在上个月取消了对 RISC-V 架构的支持也遭遇了挫折，此前英特尔成为该标准的管理机构RISC-V International 的主要成员，并承诺为 RISC-V IP 核提供验证服务针对 Intel fabs. ®中的制造进行了优化。