電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）英偉達(dá)生態(tài)護(hù)城河CUDA，從最初支持x86、PowerCPU架構(gòu)，到2019年宣布支持ArmCPU，不斷拓展在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用生態(tài)。在2019年至今的六年時(shí)間里，RISC-V生態(tài)也在不斷壯大，RISC-VCPU產(chǎn)品性能持續(xù)提高，開(kāi)始往高性能的服務(wù)器CPU發(fā)展，形成向Arm服務(wù)器CPU挑戰(zhàn)的趨勢(shì)。

而在最近的第五屆RISC-V中國(guó)峰會(huì)上，英偉達(dá)副總裁FransSijstermanns宣布了一則重磅消息：英偉達(dá)要將CUDA移植到RISC-V架構(gòu)上。

英偉達(dá)每年出貨超10億顆RISC-VMCU

FransSijstermanns在峰會(huì)演講中指出，英偉達(dá)是RISC-V國(guó)際基金會(huì)（RVI）和RISC-V軟件生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)盟（RISE）的董事會(huì)成員和技術(shù)委員會(huì)代表，并且是RISC-V規(guī)范的定期貢獻(xiàn)者。

實(shí)際上，英偉達(dá)使用RISC-V架構(gòu)設(shè)計(jì)MCU已經(jīng)有10年時(shí)間。去年10月，英偉達(dá)披露了他們?cè)赗ISC-V領(lǐng)域的歷史，早在2015年，英偉達(dá)就確立了RISC-V作為其GPU控制器的CPU架構(gòu)。

根據(jù)去年英偉達(dá)公開(kāi)的信息，目前英偉達(dá)已經(jīng)推出了至少三類RISC-V的MCU核心，包括NV-RISCV32（RV32I-MU指令集，順序單發(fā)射核心）、NV-RISCV64（RV64I-MSU指令集，亂序雙發(fā)射核心）、NV-RVV（NV-RISCV32增加向量運(yùn)算能力）。

本次峰會(huì)上公開(kāi)的資料顯示，英偉達(dá)RISC-V架構(gòu)被集成到30多個(gè)IP中，每年出貨超過(guò)10億顆RISC-VMCU。

CUDA移植到RISC-V有哪些難題？

FransSijstermanns表示，CUDA是C語(yǔ)言和C++語(yǔ)言的拓展，是為了讓GPU運(yùn)行速度更快、更高效?，F(xiàn)在CUDA只在x86和ArmCPU上得以部署，但英偉達(dá)也正在向外界傳達(dá)一個(gè)信息——要將CUDA也移植到RISC-V架構(gòu)上，“我相信這個(gè)未來(lái)是大有可為的”。

據(jù)介紹，CUDA的移植主要包含兩個(gè)部分，Toolkit工具箱和驅(qū)動(dòng)程序。首先是CUDA編譯器和工具，比如NVCC、GDB、工具鏈等，這部分用于構(gòu)建開(kāi)發(fā)GPU加速應(yīng)用程序的環(huán)境。另外還有CUDA庫(kù)，NVIDIANsight，以及驅(qū)動(dòng)程序CUDAKMD和CUDAUMD。

在CUDA加速應(yīng)用中，所有軟件都需要映射到目標(biāo)CPU，包括應(yīng)用特定的模塊、CUDA庫(kù)代碼、第三方軟件等，這些都需要重新移植到RISC-V處理器上，以支撐在RISC-V處理器上構(gòu)建和部署應(yīng)用程序。

其中，CUDA庫(kù)是非常重要的，在不同行業(yè)中都可能需要有專門的庫(kù)。比如物理模擬、計(jì)算光刻、量子計(jì)算、基因測(cè)序、數(shù)據(jù)處理、天氣分析等，不同行業(yè)和垂類都有相應(yīng)的庫(kù)。通過(guò)CUDA庫(kù)中，針對(duì)英偉達(dá)GPU進(jìn)行深度優(yōu)化的一系列函數(shù)集合，可以直接加速對(duì)應(yīng)的計(jì)算任務(wù)，對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)，使用CUDA庫(kù)可以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程，無(wú)需重頭編寫底層GPU代碼，只需要調(diào)用CUDA庫(kù)的API就可以實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。

據(jù)介紹，英偉達(dá)通過(guò)20多年的積累，已經(jīng)建立了900多個(gè)不同的庫(kù)，為多個(gè)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展帶來(lái)極大加速。那么未來(lái)在CUDA成功移植到RISC-V后，就能夠使用RISC-VCPU+英偉達(dá)GPU來(lái)運(yùn)行這些庫(kù)，為多種行業(yè)計(jì)算加速。

不過(guò)，F(xiàn)ransSijstermanns也提到，英偉達(dá)在將CUDA移植到RISC-VCPU的過(guò)程中，也遇到了問(wèn)題。

首先，RISC-VCPU的板卡可用的選擇非常有限，目前英偉達(dá)主要基于SiFiveP550和阿里巴巴玄鐵C920進(jìn)行開(kāi)發(fā)，性能還難以符合服務(wù)器需求；同時(shí)最新的RVA23配置文件和服務(wù)器SoC雖然已經(jīng)獲得批準(zhǔn)，但目前還未有符合RVA32標(biāo)準(zhǔn)的高性能CPU板卡產(chǎn)品推出，現(xiàn)有產(chǎn)品在單核性能上也較弱。

RVA23是RVI在2024年10月批準(zhǔn)的RVA配置文件規(guī)范，其中新增的關(guān)鍵強(qiáng)制性組件包括向量擴(kuò)展和虛擬機(jī)管理程序擴(kuò)展，解決了RISC-VCPU進(jìn)行AI運(yùn)算、操作系統(tǒng)和軟件工作負(fù)載等問(wèn)題，有助于加速RISC-V軟件生態(tài)在工具鏈和操作系統(tǒng)中的廣泛實(shí)施。

其次，對(duì)于RISC-VCPU，可能需要統(tǒng)一虛擬內(nèi)存來(lái)加速CPU和GPU內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)交換速度，以保證體驗(yàn)一致性。

當(dāng)然，在軟件方面，也還需要進(jìn)一步的優(yōu)化，需要更高層次的應(yīng)用堆棧，才能實(shí)現(xiàn)CUDA在RISC-V上的成熟運(yùn)行。

目前英偉達(dá)也正在與RISC-V相關(guān)合作伙伴進(jìn)行合作，著手CUDA的移植工作，未來(lái)一旦生態(tài)系統(tǒng)成熟，標(biāo)準(zhǔn)的CUDA版本將可以支持符合服務(wù)器平臺(tái)規(guī)范和運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的RISC-V架構(gòu)CPU。

RISC-V架構(gòu)迎來(lái)里程碑？

不久前Arm放出豪言，預(yù)計(jì)到2025年年底，Arm在全球數(shù)據(jù)中心CPU的份額將會(huì)飆升至50%，而去年Arm的份額僅為15%。而回顧Arm在服務(wù)器CPU市場(chǎng)的發(fā)展，2019年可以稱得上是一個(gè)拐點(diǎn)。

自2019年英偉達(dá)宣布CUDA支持Arm架構(gòu)CPU后，持續(xù)擴(kuò)大對(duì)Arm生態(tài)的支持，在2023年宣布將CUDA全面擴(kuò)展至Arm生態(tài)，為Arm基礎(chǔ)設(shè)施提供完整的AI和HPC軟件堆棧，包括加速600多個(gè)HPC應(yīng)用程序和所有AI框架。

Arm在服務(wù)器CPU市場(chǎng)的份額，也從2019年幾乎忽略不計(jì)，到2020年快速提升至接近3%；到2024年市場(chǎng)份額更是躍升至15%。當(dāng)然，Arm市場(chǎng)份額的飆升也得益于頭部云計(jì)算服務(wù)商為了降低成本，集體轉(zhuǎn)向自研芯片的路線，變相推動(dòng)了Arm生態(tài)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。

那么對(duì)于目前的RISC-V架構(gòu)而言，其相比Arm的主要優(yōu)勢(shì)在于，開(kāi)放的指令集架構(gòu)可以支持更多的定制化設(shè)計(jì)，廠商能夠更容易針對(duì)特定場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)差異化的競(jìng)爭(zhēng)力；授權(quán)費(fèi)用更低，根據(jù)中國(guó)開(kāi)放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟秘書長(zhǎng)包云崗的分享，以一款量產(chǎn)10萬(wàn)顆的64核服務(wù)器CPU為例，開(kāi)發(fā)成本約7.5億元人民幣，如果使用基于開(kāi)源的聯(lián)合開(kāi)發(fā)模式，比如RISC-V，可以降低2.5億元，也就是33%的研發(fā)費(fèi)用。

業(yè)界普遍擔(dān)憂的是，RISC-V的開(kāi)放特性可能會(huì)導(dǎo)致架構(gòu)的碎片化。但CUDA對(duì)RISC-V的統(tǒng)一支持，未來(lái)能夠降低兼容門檻，有可能在部分細(xì)分市場(chǎng)復(fù)現(xiàn)Arm的成功路徑。

不過(guò)更重要的是，英偉達(dá)的加入，將為RISC-V產(chǎn)業(yè)注入新的信心，吸引更多玩家入局，從而加速高性能RISC-V服務(wù)器芯片的落地。

FransSijstermanns在最后也再次確定英偉達(dá)的立場(chǎng)：“其實(shí)我們不在乎CPU具體是什么，無(wú)論是x86、Arm或者是RISC-V，我們都能夠兼容。但是我們看中的一點(diǎn)是，就是要讓用戶和開(kāi)發(fā)者有自己的選擇。CUDA能夠很好的幫助我們?nèi)ジ鶵ISC-V服務(wù)器借助英偉達(dá)GPU實(shí)現(xiàn)加速，并且更好地提出相關(guān)的全套硬件解決方案，這也是我們從軟件過(guò)渡到硬件的愿景。”

言下之意，當(dāng)下RISC-V要在服務(wù)器領(lǐng)域有所建樹(shù)，還需要有足夠強(qiáng)大的RISC-VCPU去支撐用戶的需求。