一个飞向太空的RISC-V处理器：432个内核，Chiplet设计

来源:半导体行业观察发布时间:2023-05-091567浏览

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欧洲航天局正在研究多种提高太空计算能力的方法，其支持的其中一款处理器即将发布。

该航天局是一个开发名为 Occamy 的开源处理器的小组的一部分，该处理器基于 RISC-V。该局研究人员在上个月的欧洲设计、自动化和测试会议上发表演讲时表示，该芯片已接近完成，在去年底流片后目前正在组装中。

这款 432 核芯片是新旧技术的有趣结合，采用相对较新的小芯片方法进行设计。小芯片设计允许在芯片封装内混合和匹配新旧技术，例如模拟或数字处理器。

Occamy 是一款用于 AI 和高性能计算工作负载的低功耗芯片。今天的 AI 工作负载在很大程度上依赖于 GPU 和 AI 核心等加速器来进行训练和推理，研究人员希望开源芯片也可以用于地球上的 AI 工作负载。

该芯片是作为 EuPilot 计划的一部分开发的，该计划正在开发本土处理器以减少对专有 x86 和 ARM 芯片的依赖。苏黎世联邦理工学院和博洛尼亚大学的研究人员正在开发核心 Occamy 芯片。 

欧洲处理器计划也在为超级计算机、人工智能、物联网和自动驾驶汽车开发自主可控芯片。

ESA 对这些芯片很感兴趣，因为它将允许太空中的设备执行片上数据分析。虽然不能保证 ESA 会让该芯片投入运行，但它是正在探索用于航天计算的众多处理器之一。NASA 还采用了 Microchip 和 SiFive 的 RISC-V 芯片来升级其航天计算机。

设计 Occamy 芯片的研究人员希望芯片设计能够被采用和复制以用于更多应用。

Occamy 是低开销 CPU 内核、AI 加速器和内存内核的独特组合。该小芯片包括两个计算块——每个都有 216 个 RISC-V 内核——以及两个 16GB HBM2e 内存内核。该设计还包括用于矩阵计算的 64 位浮点单元。核心通过硅中介层连接。

该芯片在 72mm^2 上共有约 10 亿个晶体管，与英特尔 2011 年制造的四核 Sandy Bridge 芯片大致相同（大三倍）。RISC-V 芯片提供约 0.75 teraflops 的 FP64 性能，或 6 teraflops 的 FP8 性能。该芯片不需要冷却风扇。

核心 RISC-V 设计有一个紧凑的指令集，加速模块可以放在它上面。这种灵活性使 ESA 能够设计出坚固的计算模块，这些模块不会损坏并且可以承受太空中的极端温度。

Occamy 有一个轻量级的 32 位 CPU 核心，更像是一个控制芯片，它负责将任务重新路由到 AI 核心，这是指令集架构的扩展。HBM2e 内存块由美光提供，该芯片由 Globalfoundries 采用 12 纳米低功耗工艺制造。

根据 DAC 会议上展示的幻灯片，该设计旨在通过裸机运行时支持高性能和人工智能工作负载。目前尚不清楚运行时是在容器级别，还是在不需要操作系统干预的裸机级别。研究人员的意图是以低成本复制芯片，而实现可能取决于软件。

Occamy 芯片设计可以映射到 FPGA。它可以在两个具有 HBM 内存的 AMD Xilinx Virtex UltraScale+ HBM FPGA 或 Virtex UltraScale+ VCU1525 FPGA 上进行测试。

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