CPU-GPU ibrida basata su RISC-V per sfidare x86 e ARM: il chip di Imagination e Ventana

Il leggendario progettista di CPU Jim Keller ha pronosticato che RISC-V sarà protagonista indiscusso nel mercato dei processori più evoluti nel giro di 5-10 anni. Ha anche aggiunto che il set di istruzioni x86-64 o ARM64 non conta nella competizione tra queste due piattaforme perché è il design del processore a fare sempre la parte del leone.

Con RISC-V, invece, architettura sulla quale sta investendo anche Qualcomm, storicamente legata a doppio filo con ARM, i progettisti non sono costretti a confrontarsi con caratteristiche stratificatesi nel corso degli anni, che tendono ad appesantire anche il funzionamento dei nuovi chip. Keller spiega che RISC-V è un’architettura semplice, tra l’altro libera da royalty, che integra tutte le funzionalità moderne. Sulle prime 8 istruzioni di RISC-V si devono inoltre concentrare le ottimizzazioni perché sono cruciali per la maggior parte delle operazioni di base che un processore è chiamato ad eseguire. Focalizzandosi sulle prime 8 istruzioni, gli sviluppatori possono migliorare l’efficienza complessiva del processore, poiché tali istruzioni costituiscono la base per molte altre operazioni più complesse.

Imagination e Ventana lavorano su un chip ibrido CPU-GPU RISC-V per sfidare x86 e ARM

Finora si è parlato di RISC-V prevalentemente per i microcontrollori e i dispositivi progettati per assolvere compiti molto specifici. Più di recente, prodotti basati sull’architettura RISC-V hanno iniziato a fare il loro ingresso nei data center e alcune aziende, come l’europea Semidynamics, hanno sviluppato proprietà intellettuale attorno alla piattaforma. Proprio Semidynamics ha svelato un’unità vettoriale RISC-V ad alte prestazioni per l’elaborazione parallela da usare con le applicazioni di intelligenza artificiale, il deep learning, il calcolo scientifico e così via.

Stando a quanto riporta Jon Peddie Research, Imagination e Ventana si sarebbero alleate per lo sviluppo e il successivo lancio sul mercato di una chip ibrido CPU-GPU basato su RISC-V.

Vi è infatti un grande interesse da parte dell’industria nel cercare alternative alle piattaforme già esistenti. Il settore mobile e quello automobilistico, ad esempio, si stanno guardando attorno per identificare possibili sostituiti per i SoC ARM.

Processore RISC-V eterogeneo che integra CPU e GPU ad alte prestazioni: l’idea di Ventana

Ventana Micro Systems, fondata in California nel 2018, ha intenzione di costruire un processore a chiplet capace di adattarsi a diverse applicazioni: dal settore automotive, all’edge computing fino ai data center, dalle applicazioni di intelligenza artificiale e machine learning agli hyperscaler, provider di servizi cloud di grandi dimensioni che forniscono servizi scalabili di livello enterprise.

Al RISC-V Summit di dicembre 2022, Ventana ha già presentato il suo primo prodotto: Veryon V1. L’idea, però, è adesso quella di creare una CPU ancora più potente (formata da un massimo di 192 core) che possa affiancare una GPU performante all’interno del medesimo chip.

Fonte dell’immagine: Ventana.

I tecnici di Ventana spiegano infatti che una CPU, RISC o CISC che sia, è pur sempre una CPU. Per farle assumere il ruolo di leader dal punto di vista prestazionale, è necessario utilizzare un acceleratore per l’elaborazione parallela SIMD (Single Instruction, Multiple Data). Nelle elaborazioni parallele, tanto utili per gestire un’ampia varietà di compiti, un singolo comando (istruzione) è utilizzato per eseguire simultaneamente la stessa operazione su più dati.

Il vantaggio principale di un acceleratore SIMD è l’aumento delle prestazioni computazionali. Poiché la stessa operazione è effettuata su più dati in contemporanea, i benefici diventano tangibili per tutte quelle operazioni che coinvolgono grandi set di dati. Le moderne GPU sono in grado di eseguire operazioni SIMD su larga scala.

Imagination Technologies realizzerà la GPU per il processore RISC-V a chiplet

Per costruire un SoC eterogeneo come quello descritto, Ventana si è rivolta a una delle aziende con maggiore esperienza e con un’ampia dote in termini di proprietà intellettuale per ciò che riguarda la progettazione e realizzazione di GPU: Imagination Technologies.

Sia Ventana che Imagination sono membri di RISC-V International e attivi sostenitori del progetto RISC-V Software Ecosystem (RISE). Anche se si contano oltre 3.000 aziende coinvolte nello sviluppo dell’ecosistema software utile a supportare il funzionamento dei chip RISC-V, la collaborazione tra Ventana e Imagination è un passo importante per l’industria, poiché unisce due sviluppatori di processori che hanno riscosso ampio successo nei rispettivi settori.

Così, le due aziende hanno annunciato proprio una CPU-GPU ibrida RISC-V che affianca i due componenti garantendo prestazioni ai massimi livelli.

Fonte dell’immagine: Ventana.

La competizione con i prodotti x86 e ARM è destinata a farsi serrata

Ventana, inoltre, sta per lanciare il chip Veyron V2: la principale novità, in questo caso, è che l’ISA RISC-V sfoggia tutte le principali caratteristiche per competere con x86/ARM. Tra queste, l’adozione di un’estensione vettoriale standard e delle specifiche IOMMU.

Le estensioni vettoriali standard si riferiscono a una serie di istruzioni e funzionalità che consentono operazioni vettoriali avanzate. Queste estensioni consentono l’elaborazione simultanea di più elementi di dati utilizzando un’unica istruzione. Le specifiche IOMMU si riferiscono all’unità di gestione della memoria di I/O, progettata per mappare e tradurre gli indirizzi di memoria generati da dispositivi di I/O (come schede di rete, schede video, prodotti per l’archiviazione dei dati,…).

Tra le altre caratteristiche del chip, le estensioni per la virtualizzazione, il supporto per la virtualizzazione nidificata, quello per l’Advanced Interrupt Architecture (AIA) ovvero un insieme di specifiche e funzionalità che migliorano la gestione degli interrupt all’interno del sistema informatico, la disponibilità di un ampio set di eventi e contatori per monitorare in tempo reale il comportamento del processore, la compatibilità con l’interfaccia UCIe e altro ancora.