RISC-V形勢(shì)一片大好，初創(chuàng)公司又帶來創(chuàng)新處理器架構(gòu)！

? 一家總部位于圣地亞哥的初創(chuàng)公司X-Silicon Inc. (XSi)日前基于開源指令集RISC-V開發(fā)了一種新的RISC-V微處理器架構(gòu)，它將RISC-V CPU內(nèi)核、矢量功能和GPU加速功能整合到一個(gè)芯片中。據(jù) Jon Peddie Research 報(bào)道，這種 CPU/GPU 混合芯片是開放標(biāo)準(zhǔn)的，據(jù)說還將開源，其設(shè)計(jì)目的是處理包括人工智能在內(nèi)的各種不同功能，而這些功能通常是由專用 CPU 和 GPU 處理的。

? 該公司新的 CPU/GPU 混合處理器被設(shè)計(jì)為 "萬能 "處理器。據(jù) JPR 稱，業(yè)界一直在尋求一種開放標(biāo)準(zhǔn) GPU，它具有足夠的靈活性和可擴(kuò)展性，能夠支持虛擬現(xiàn)實(shí)、汽車和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等各種市場。這種新型 RISC-V CPU/GPU 旨在解決這一問題，為制造商提供可處理任何所需工作負(fù)載的單一開放式芯片設(shè)計(jì)。

? X-Silicon 的芯片與其他架構(gòu)不同，其設(shè)計(jì)將 CPU 和 GPU 的功能整合到單核架構(gòu)中。這與英特爾和 AMD 的典型設(shè)計(jì)不同，前者有獨(dú)立的 CPU 內(nèi)核和 GPU 內(nèi)核。相反，內(nèi)核本身就是為處理 CPU 和 GPU 任務(wù)而設(shè)計(jì)的。從這個(gè)意義上說，它聽起來有點(diǎn)像英特爾放棄的 Larabee 項(xiàng)目，該項(xiàng)目曾試圖使用 x86 處理圖形和其他工作負(fù)載。

? 該芯片采用 X-Silicon 的 C-GPU 架構(gòu)，將 GPU 加速與 RISC-V 矢量 CPU 內(nèi)核相結(jié)合。該架構(gòu)有一個(gè) RISC-V 矢量內(nèi)核，帶有 32 位 FPU 和 Scaler ALU。它具有線程調(diào)度器、裁剪引擎、光柵化器、紋理單元、神經(jīng)引擎和像素處理器。該芯片旨在處理人工智能、高性能計(jì)算（HPC）、幾何計(jì)算以及 2D 和 3D 圖形等應(yīng)用。

X-Silicon RISC-V C-GPU 詳情(圖片來源：X-Silicon） 從理論上講，X-Silicon 的混合芯片能夠在同一個(gè)內(nèi)核中處理 CPU 和 GPU 代碼，這為它帶來了許多優(yōu)勢(shì)。該芯片使用開放標(biāo)準(zhǔn)的 RISC-V ISA 處理 CPU 和 GPU，運(yùn)行單一指令流。由于 CPU 內(nèi)存空間和 GPU 內(nèi)存空間之間不需要復(fù)制數(shù)據(jù)，因此執(zhí)行起來占用內(nèi)存少，效率更高。

? CPU/GPU 內(nèi)核可以組合成多核設(shè)計(jì)，使制造商能夠根據(jù)需要擴(kuò)展處理能力。在多核格式中，多個(gè)內(nèi)核被平鋪在一個(gè)芯片上，并使用高速結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接。在這種設(shè)計(jì)中，還采用了快速片上 SRAM 或 eDRAM 高速緩存，這些高速緩存可作為二級(jí)高速緩存，匯集來自多個(gè)內(nèi)核的數(shù)據(jù)。每個(gè)內(nèi)核都可以根據(jù)需要安排獨(dú)立于其他內(nèi)核運(yùn)行圖形、人工智能、視頻、物理、高性能計(jì)算或其他工作負(fù)載。

? 通過這種設(shè)計(jì)，X-Silicon 的 C-GPU 架構(gòu)可以運(yùn)行任何類型的 CPU 或 GPU 工作負(fù)載。X-Silicon 聲稱已經(jīng)擁有與“融合 GPU 加速”配合使用的 Vulkan 圖形 API。這將極大地有助于其在 Android 設(shè)備上的開發(fā)和采用。

? 由于新設(shè)計(jì)基于 RISC-V，任何人都可以使用該架構(gòu)，而無需支付指令集版稅——與 x86 和 ARM 不同。如果它按預(yù)期工作，這些芯片可能會(huì)震動(dòng)微處理器行業(yè)。理論上，目前使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)并不像 X-Silicon 聲稱的那樣靈活或強(qiáng)大。 盡管我們可能不需要等很長時(shí)間才能知道，但它在實(shí)踐中是否和紙面上一樣有效還有待觀察。據(jù)報(bào)道，軟件開發(fā)工具包將于今年某個(gè)時(shí)候向早期合作伙伴發(fā)布。

? X-Silicon 的低功耗、開放標(biāo)準(zhǔn)、支持 Vulkan 的 C-GPU

? X-Silicon Inc (XSi) 是一家總部位于圣地亞哥的初創(chuàng)公司，成立于 2022 年 3 月，X-Silicon 由前硅谷專家組建，旨在通過基于 RISC-V 矢量的統(tǒng)一圖形計(jì)算引擎（C-GPU）徹底改變 GPU 設(shè)計(jì)，該引擎能夠處理人工智能、高性能計(jì)算和 2D/3D 圖形任務(wù)。其 MIMD 架構(gòu)可在單核內(nèi)獨(dú)立執(zhí)行 CPU 和 GPU 代碼，從而降低內(nèi)存使用率并提高性能。該公司的多核布局以快速合成器結(jié)構(gòu)為特色，增強(qiáng)了多樣化應(yīng)用的數(shù)據(jù)聚合能力。在14項(xiàng)專利的支持下，X-Silicon力求通過近內(nèi)存計(jì)算和新穎的硬件設(shè)置減少GPU延遲。X-Silicon面向AR/VR、嵌入式設(shè)備、汽車等領(lǐng)域，支持標(biāo)準(zhǔn)API和開放式編程，以實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)。最初的知識(shí)產(chǎn)權(quán)銷售面向原始設(shè)備制造商和超大規(guī)模企業(yè)。

? 為了重塑 GPU 著色器內(nèi)核，X-Silicon 表示它正在創(chuàng)建一個(gè)新的可擴(kuò)展 RISC-V 矢量型統(tǒng)一計(jì)算圖形引擎（C-GPU），可以高效計(jì)算傳統(tǒng) GPU 從未設(shè)計(jì)過的下一代工作負(fù)載。
? 這些應(yīng)用包括人工智能、高性能計(jì)算、視覺、幾何計(jì)算以及 2D 和 3D 圖形。該公司表示，其 MIMD 架構(gòu)具有獨(dú)特的能力，可以在同一內(nèi)核中獨(dú)立運(yùn)行 CPU 和 GPU 代碼，從而實(shí)現(xiàn)低內(nèi)存占用執(zhí)行、硬件寄存器裸機(jī)編程、高性能、低功耗運(yùn)行等功能，并通過使用單一指令流的開源 RISC-V ISA CPU 和 GPU 取代傳統(tǒng)的著色器程序。
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X-Silicon 的單核架構(gòu)(來源：X-Silicon）
? 在該公司的多核設(shè)計(jì)中，多個(gè) C-GPU 內(nèi)核被平鋪在一個(gè)芯片上，并使用片上快速合成器結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，該結(jié)構(gòu)可將每個(gè)內(nèi)核的輸出動(dòng)態(tài)聚合到一個(gè)公共緩沖區(qū)，即用于圖形用例的幀緩沖區(qū)，或用于編解碼器、視頻特效處理和人工智能處理的流水線緩沖區(qū)，如下圖所示。

? 在這種設(shè)計(jì)中，快速片上 SRAM 或 eDRAM 高速緩存將作為 2 級(jí)高速緩存，可以聚合來自多個(gè)內(nèi)核的數(shù)據(jù)。計(jì)算 RAM（C-RAM）可在內(nèi)存附近完成常見操作，從而進(jìn)一步降低帶寬并提高性能。該公司稱，每個(gè)內(nèi)核都可以通過軟件編程來計(jì)算圖形、人工智能、視頻、物理、高性能計(jì)算或其他工作負(fù)載，而不受所有其他內(nèi)核的影響。

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X-Silicon 的著色器架構(gòu)（來源：X-Silicon）

? 因此，工作負(fù)載可以并行或流水線方式實(shí)現(xiàn)，并在一個(gè)內(nèi)核上同時(shí)運(yùn)行，而不是在傳統(tǒng) GPU 上按順序運(yùn)行。X-Silicon 表示，它還可以在一個(gè)內(nèi)核上運(yùn)行操作系統(tǒng)。
? 該公司聲稱，它還可以通過近內(nèi)存計(jì)算、統(tǒng)一內(nèi)存架構(gòu)和其他新型硬件配置來加速計(jì)算，從而減少 GPU 固有的延遲。他們已為此申請(qǐng)了 14 項(xiàng)專利。

? 動(dòng)畫行業(yè)專家、前迪斯尼/Applied Minds/Giant AI 公司的 Eric Powers 評(píng)論說："幾十年來，高端動(dòng)畫和特效一直無法改用 GPU 制作最終圖像。專業(yè)渲染流水線軟件的巨大復(fù)雜性和規(guī)模，加上專用 GPU 設(shè)計(jì)所帶來的跨越內(nèi)存和平臺(tái)障礙的巨大成本，根本無法在我們最先進(jìn)的技術(shù)中大規(guī)模采用 GPU。像X-Silicon的C-GPU架構(gòu)這樣能讓HPC開發(fā)人員就地獲得直接硬件加速的集成設(shè)計(jì)，是我們跨越這一界限的唯一未來。

? X-Silicon的C-GPU為希望控制其計(jì)算和GPU命運(yùn)的原始設(shè)備制造商提供了新的新興用例的市場機(jī)會(huì)。它允許新的應(yīng)用程序接口（包括定制應(yīng)用程序接口）和為應(yīng)用定制的生態(tài)系統(tǒng)，而不是引導(dǎo)一個(gè)應(yīng)用程序接口去完成它從未想過要完成的任務(wù)。它不再要求原始設(shè)備制造商和生產(chǎn)商屈從于五大供應(yīng)商，因?yàn)樗鼈兊纳鷳B(tài)系統(tǒng)停滯不前。

? X-Silicon的C-GPU為希望控制其計(jì)算和GPU命運(yùn)的原始設(shè)備制造商提供了新的新興用例的市場機(jī)會(huì)。它允許新的應(yīng)用程序接口（包括定制應(yīng)用程序接口）和為應(yīng)用定制的生態(tài)系統(tǒng)，而不是引導(dǎo)應(yīng)用程序接口去完成它從未想過要完成的任務(wù)。它不再要求原始設(shè)備制造商和生產(chǎn)商屈從于五大供應(yīng)商，因?yàn)樗鼈兊纳鷳B(tài)系統(tǒng)停滯不前。該公司認(rèn)為，其市場機(jī)會(huì)在于新興市場，如電池壽命更長的娛樂和企業(yè) AR/VR、有顯示需求的智能嵌入式設(shè)備、需要可預(yù)測專用處理的低成本汽車顯示器和模塊、可穿戴設(shè)備、定制動(dòng)畫處理等。

? 該公司計(jì)劃支持直接硬件和像素訪問，因此對(duì)于低內(nèi)存應(yīng)用，不需要笨重的驅(qū)動(dòng)程序。該公司表示，X-Silicon 采用開放標(biāo)準(zhǔn)和自己的開放編程模型，這將有助于快速、輕松地開發(fā)新的應(yīng)用案例，并改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品。當(dāng)然，X-Silicon 還計(jì)劃支持傳統(tǒng)軟件生態(tài)系統(tǒng)中的各種 API，包括 OpenGL ES、Vulkan、Mesa 和 OpenCL，但該公司還將提供一個(gè)硬件抽象層（HAL），允許其他人直接訪問以優(yōu)化開源或創(chuàng)建自己的驅(qū)動(dòng)程序和自定義 API。這一點(diǎn)尤其有趣，因?yàn)樵摷軜?gòu)支持新興技術(shù)，包括傳統(tǒng)架構(gòu)不支持的新渲染模型，如神經(jīng)輻射場（NeRF）和非三角形基元。
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X-Silicon 的單核概念(資料來源：X-Silicon） 該公司計(jì)劃首先向原始設(shè)備制造商、超大規(guī)模生產(chǎn)商和其他系統(tǒng)集成商銷售IP。首款芯片的上市日期尚未確定。

? X-Silicon將CPU和GPU（C-GPU）集成到一個(gè)ISA和一個(gè)開放的圖形操作系統(tǒng)（GOS）平臺(tái)上，這將對(duì)下一代圖形渲染的整體軟件開發(fā)、支持和維護(hù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。這將使未來圖形技術(shù)進(jìn)入一個(gè)激動(dòng)人心的創(chuàng)新時(shí)代，為新興和傳統(tǒng)細(xì)分市場提供一種新的圖形算法、性能、功耗、靈活性和成本的解決方案。這種方法顛覆了圖形世界，將原始設(shè)備制造商從傳統(tǒng) GPU 供應(yīng)商提供的帶有復(fù)雜 API 和昂貴傳統(tǒng)支持的黑盒驅(qū)動(dòng)程序中解放出來。

? 傳統(tǒng)的 GPU SIMD 架構(gòu)受制于主機(jī) CPU、操作系統(tǒng)和圖形服務(wù)，限制了創(chuàng)新，并有助于維護(hù)現(xiàn)有廠商對(duì)市場的控制。新興的小型垂直市場往往得不到這些傳統(tǒng)圖形供應(yīng)商的服務(wù)，它們可以開發(fā)和支持引人注目的圖形解決方案，并在產(chǎn)品生命周期內(nèi)進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)。使用新顯示技術(shù)、新格式和使用范例（VR/AR、360、深度、立體、多平面全息）的下一代產(chǎn)品往往需要新的渲染方法。新的開發(fā)和部署模式也需要像本產(chǎn)品這樣可從邊緣擴(kuò)展到云的一致架構(gòu)。X-Silicon 不僅僅是傳統(tǒng) GPU 供應(yīng)商的開源替代方案，它還準(zhǔn)備提供一個(gè)全新的技術(shù)圖形處理框架，該框架融入了最新的人工智能技術(shù)，并超越了基于三角形的渲染技術(shù)，為創(chuàng)新提供了一個(gè)自本世紀(jì)初移動(dòng)設(shè)備引入 3D 圖形技術(shù)以來從未有過的平臺(tái)。

審核編輯：黃飛

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