RISC-V deve ancora migliorare in termini di potenza di calcolo

RISC-V è un’architettura basata su un set di istruzioni (ISA, Instruction Set Architecture) open source. A differenza di architetture come x86 e ARM, RISC-V è libera da vincoli di licenza e può essere utilizzata, modificata e distribuita senza dover pagare royalty o affrontare restrizioni sul piano della proprietà intellettuale. In un altro articolo abbiamo visto cos’è RISC-V e perché se ne parla tanto.

Tante aziende stanno puntando forte su RISC-V grazie alla possibilità di sviluppare prodotti personalizzati o specifici senza dover pagare licenze, alla flessibilità e all’adattabilità della piattaforma che la rendono particolarmente adatta per settori specifici come l’Internet delle Cose (IoT), l’edge computing e l’intelligenza artificiale.

Costi ridotti, l’indipendenza da fornitori specifici, la presenza di una comunità attiva e sempre crescente, la possibilità di contare su un approccio improntato sull’innovazione collaborativa, hanno convinto tante realtà industriali a fare investimenti su RISC-V.

Nulla vieta, tuttavia, di sviluppare proprietà intellettuale sfruttando la base fornita da RISC-V: ne è un esempio l’unità vettoriale RISC-V dell’europea Semidynamics, espressamente destinata ad applicazioni di machine learning e intelligenza artificiale. Qualcomm stessa, che di recente ha confermato l’impegno sulla piattaforma ARM con il lancio dei SoC Snapdragon X destinati al mondo dei PC, ha spiegato nel dettaglio perché sta investendo su RISC-V.

Per non parlare del leggendario progettista di chip, Jim Keller, che da un lato osserva come la competizione tra ISA ARM64 e x86-64 sia stucchevole e fuori luogo, dall’altro spiega che a scuotere il mercato ci penserà proprio RISC-V, perché si tratta di una piattaforma giovane, senza pesanti fardelli accumulatisi negli anni da gestire per questione di compatibilità.

RISC-V deve ancora migliorare: ecco perché

Nell’ambito di uno studio elaborato da un gruppo di accademici dell’Università di Edimburgo (Scozia), coadiuvati dai colleghi del laboratorio PerfXLab, i ricercatori hanno voluto mettere alla prova il comportamento di quello che ad oggi è considerato il processore RISC-V prodotto in serie più potente al mondo. Si tratta del cinese Sophon SG2042, il primo processore RISC-V a 64 core per carichi di lavoro ad alte prestazioni.

Per i loro esperimenti, gli esperti di supercomputer, hanno utilizzato il sistema Milk-V Pioneer, in cui il processore SG2042 è montato su una scheda madre Micro-ATX (costa circa 1.150 euro inclusa la CPU).

Utilizzando numerosi benchmark, i ricercatori hanno misurato le prestazioni in single thread e quelle multi thread del processore SG2042. In particolare, hanno svolto diversi test di elaborazioni con calcoli in virgola mobile a singola e doppia precisione (FP32/FP64). Molti algoritmi utilizzati dal team di ricerca nell’ambito dell’HPC (High Performance Computing) costituiscono la base del benchmark Linpack, utilizzato ad esempio per determinare la classifica nella Top 500 dei supercomputer più veloci al mondo.

Ebbene, è emerso che ciascuno dei 64 core C920 che compongono SG2042 lavora su unità vettoriali a 128 bit, condividono 1 MB di cache L2 ogni quattro core e tutti e 64 utilizzano 64 MB di cache L3 (in un altro articolo vediamo cos’è la cache di un processore). Il controller di memoria gestire quattro canali per la RAM DDR4-3200.

Come previsto, ogni singolo core dell’SG2024 assicura una potenza computazionale molto più elevata rispetto ad esempio a uno StarFive JH7110. Ciascun core C920 offre però da quattro a dodici volte la potenza di calcolo di un core StarFive U74, con una velocità di clock superiore del 33%.

Piattaforma x86 ancora in vantaggio

La crescita in casa RISC-V è impressionante. Se però il termine di paragone sono le prestazioni dei processori x86, RISC-V deve ancora migliorare. Davvero tanto, secondo i ricercatori.

Dai test svolti, è emerso che anche l’Intel Xeon E5-2965v4 di sette anni fa con soli 18 core “a bordo” svolge le elaborazioni molto più velocemente dei 64 core RISC-V dell’SG2042.

Gli studiosi hanno individuato alcuni punti deboli come il numero dei controller di memoria per nodo NUMA. NUMA (Non-Uniform Memory Access) è un’architettura di sistema in cui più processori condividono la memoria, ma l’accesso a determinate porzioni di memoria richiede tempi diversi. I controller di memoria gestiscono l’accesso alla memoria nei diversi nodi NUMA.

La futura adozione della specifica vettoriale RISC-V RVV v1.0 dovrebbe contribuire a migliore le prestazioni dei nodi NUMA e, inoltre, ottimizzare le performance di compilatori quali GCC (GNU Compiler Collection) e Clang.

In arrivo core RISC-V più potenti

Diverse società attive nello sviluppo di processori RISC-V hanno già annunciato core RV64GC significativamente più potenti. Ci vorranno però diversi anni prima che inizi finalmente la produzione in serie di SoC equipaggiati con questi nuovi core più aggiornati e molto più potenti.

Ad esempio, SiFive aveva già annunciato nel 2018 il già citato U74 del processore StarFive JH7110, disponibile solo dall’inizio del 2023. L’U74 è tuttavia già scomparso dal sito Web ufficiale dell’azienda.

Uno dei core RISC-V più performanti annunciati in tempi recenti è il SiFive P670: la sua presentazione risale all’incirca a un anno fa. Ancora più aggiornato e potente è il SiFive Performance P870.

Ventana Microsystems, a sua volta, sta lavorando su un processore RISC-V a chiplet che sfrutta un nodo produttivo a 5 nm e utilizza fino a 192 core nello stesso package, con una frequenza di clock fino a 3,6 GHz.

Infine, acceleratori di calcolo RISC-V per le attività di inferenza legate all’intelligenza artificiale, sono ora disponibili come schede PCIe 4.0 con il marchio di Esperanto Technologies, società dell’ex fondatore di Transmeta, Dave Ditzel. Esperanto ET-SOC-1 ha oltre 1.000 core RISC-V ed è possibile installare fino a 16 schede per un totale di oltre 16.000 core RISC-V in un server rack con due processori Intel Xeon. Nonostante le prestazioni ancora non convincenti, il futuro di RISC-V si preannuncia luminosissimo.