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RISC-V GPU离产业爆发仅一步之遥？
2022-07-05 07:06:00
近日，在德国纽伦堡举行的 Embedded World 2022 大会上，致力于为全球半导体技术客户开发用于超低功耗和面积受限的数字设备的高性能图形、显示控制器和机器学习IP技术公司Think Silicon正式对外展示业界首款基于RISC-V的GPU。该公司 IP 许可、销售和营销总监 Ulli Mueller 表示，“推出首款基于 RISC-V 的 GPU 是图形行业和 ThinkSilicon 的一个重要里程碑。”
无论是业界动态还是RISC-V国际组织相关人员的公开发言，RISC-V都是一款全方位挑战ARM架构的新型处理器架构，在ARM架构擅长的CPU、NPU、MCU和系统IP领域，我们都看到了RISC-V架构的身影，而现在业界首款基于RISC-V的GPU已经被展示，产业来到爆发的前夜。
Think Silicon和RISC-V GPU
在RISC-V GPU领域，Think Silicon是最早的一批入局者。2019年12月，Think Silicon便宣布，推出了业界首款基于RISC-V ISA的3D GPU NEOX | V。
介绍资料显示，NEOX是一种基于 RISC-V RV64C ISA 指令集和自适应 NoC 的并行多核和多线程 GPU 架构，内核数量分为4核、16核和64核。
图源：Think Silicon官网
通过上图能够看出，NEOX系列GPU的主频是一样的，都是800MHz，算力和线程总数会因为核心数量的不同而有所差异，其中64核产品能够提供204.8 GFLOPS的FP32计算吞吐，409.6 GFLOPS的FP16，线程总数为4096。Think Silicon指出，多线程降低了外部内存控制器的延迟，让整个阵列保持高数据吞吐量。
根据Think Silicon新闻稿的介绍，NEOX系列GPU还支持可选的 FP64 和 SIMD 指令。
NEOX IP具有自定义用户指令的各种配置可能性，使其能够灵活地配置关键应用程序，例如计算机图形、机器学习、视觉/视频处理和通用计算等，适用的应用领域包括GPGPU、人工智能、视觉处理、视频处理和计算机图形学等。
图源：Think Silicon
通过上图的方案架构能够看出，NEOX系列GPU提供AI定制的ISA扩展，可变长度数据类型的 SIMD 矢量，统一着色器架构，以及专用硬件模块等，为实现产品差异化和创建定制独特设计提供强大的支持。
Think Silicon并非独行
综合目前市场消息来看，Think Silicon并非是RISC-V GPU赛道上的孤勇者，无论是芯片大厂，还是初创企业，均有意向这个领域靠拢。
在传统芯片大厂方面，包括英伟达、三星、英特尔、高通和Imagination等都在探索RISC-V，虽然目前动作可能还是在GPU周边，但是以这些厂商的产品布局来看，走上RISC-V GPU赛道是迟早的事情。
比如三星，早在2019年该公司就推出了多款基于RISC-V架构的芯片，并在该年度硅谷举行的RISC-V峰会上展示了采用RISC-V架构来设计5G毫米波射频芯片。三星当时就表示，将采用RISC-V架构来设计公司即将推出的各类芯片，而GPU是三星的产品之一，虽然目前还没有发布，但三星绝对是RISC-V GPU的一份子。
而英伟达则已经将RISC-V应用到GPU控制器部分，未来难免不会以RISC-V作为GPU的内核。同时，此前就有研究人员在名为 Vortex的RISC-V GPGPU 项目上启用 CUDA 软件支持的消息，据悉硬件核心为 RV32IMF ISA，配置为1核到32核。
对于英特尔，很多人都知道英特尔投资了28亿元建立了研究实验室，在做RISC-V处理器方面的研究，而GPU作为重要的协作器件，英特尔定然不会放弃这方面的研究。
而高通和Imagination虽然也还没有推出RISC-V GPU，但前者已经将RISC-V应用到移动处理器里，后者则是已经推出了GPU+RISC-V，因此两家公司也是RISC-V GPU的潜力股。
除了这些传统的芯片巨头，电子发烧友网曾公开报道过VeriGPU，这是一个开源RISC-V项目，作者是来自人工智能呼叫中心自动化公司ASAPP的一名研究工程师Hugh Perkins。VeriGPU专门面向机器学习，并计划让其支持PyTorch深度学习框架。
而在2021年，美国的Pixilica还曾与RV64X合作，提出了一套新的图形指令集，旨在融合CPU-GPU ISA。RV64X是可扩展的架构，用户定义的基于SRAM的微代码可用于实现扩展，例如自定义光栅化器阶段、光线跟踪、机器视觉和机器学习。RV64X可以实现RISC-V CPU+RISC-V GPU的单核设计，也可以打造具有高度扩展性的RISC-V CPU+多核RISC-V GPU设计。
写在最后
正如上文所述，目前各大有GPU产品的厂商都在钻研RISC-V，而Think Silicon的动态无疑将会加速产业进程，让一众厂商在RISC-V GPU上加大创新力量。所谓星星之火可以燎原，Think Silicon已经把RISC-V GPU的火烧起来了，产业大爆发是可以预见的。
无论是业界动态还是RISC-V国际组织相关人员的公开发言，RISC-V都是一款全方位挑战ARM架构的新型处理器架构，在ARM架构擅长的CPU、NPU、MCU和系统IP领域，我们都看到了RISC-V架构的身影，而现在业界首款基于RISC-V的GPU已经被展示，产业来到爆发的前夜。
Think Silicon和RISC-V GPU
在RISC-V GPU领域，Think Silicon是最早的一批入局者。2019年12月，Think Silicon便宣布，推出了业界首款基于RISC-V ISA的3D GPU NEOX | V。
介绍资料显示，NEOX是一种基于 RISC-V RV64C ISA 指令集和自适应 NoC 的并行多核和多线程 GPU 架构，内核数量分为4核、16核和64核。
图源：Think Silicon官网
通过上图能够看出，NEOX系列GPU的主频是一样的，都是800MHz，算力和线程总数会因为核心数量的不同而有所差异，其中64核产品能够提供204.8 GFLOPS的FP32计算吞吐，409.6 GFLOPS的FP16，线程总数为4096。Think Silicon指出，多线程降低了外部内存控制器的延迟，让整个阵列保持高数据吞吐量。
根据Think Silicon新闻稿的介绍，NEOX系列GPU还支持可选的 FP64 和 SIMD 指令。
NEOX IP具有自定义用户指令的各种配置可能性，使其能够灵活地配置关键应用程序，例如计算机图形、机器学习、视觉/视频处理和通用计算等，适用的应用领域包括GPGPU、人工智能、视觉处理、视频处理和计算机图形学等。
图源：Think Silicon
通过上图的方案架构能够看出，NEOX系列GPU提供AI定制的ISA扩展，可变长度数据类型的 SIMD 矢量，统一着色器架构，以及专用硬件模块等，为实现产品差异化和创建定制独特设计提供强大的支持。
Think Silicon并非独行
综合目前市场消息来看，Think Silicon并非是RISC-V GPU赛道上的孤勇者，无论是芯片大厂，还是初创企业，均有意向这个领域靠拢。
在传统芯片大厂方面，包括英伟达、三星、英特尔、高通和Imagination等都在探索RISC-V，虽然目前动作可能还是在GPU周边，但是以这些厂商的产品布局来看，走上RISC-V GPU赛道是迟早的事情。
比如三星，早在2019年该公司就推出了多款基于RISC-V架构的芯片，并在该年度硅谷举行的RISC-V峰会上展示了采用RISC-V架构来设计5G毫米波射频芯片。三星当时就表示，将采用RISC-V架构来设计公司即将推出的各类芯片，而GPU是三星的产品之一，虽然目前还没有发布，但三星绝对是RISC-V GPU的一份子。
而英伟达则已经将RISC-V应用到GPU控制器部分，未来难免不会以RISC-V作为GPU的内核。同时，此前就有研究人员在名为 Vortex的RISC-V GPGPU 项目上启用 CUDA 软件支持的消息，据悉硬件核心为 RV32IMF ISA，配置为1核到32核。
对于英特尔，很多人都知道英特尔投资了28亿元建立了研究实验室，在做RISC-V处理器方面的研究，而GPU作为重要的协作器件，英特尔定然不会放弃这方面的研究。
而高通和Imagination虽然也还没有推出RISC-V GPU，但前者已经将RISC-V应用到移动处理器里，后者则是已经推出了GPU+RISC-V，因此两家公司也是RISC-V GPU的潜力股。
除了这些传统的芯片巨头，电子发烧友网曾公开报道过VeriGPU，这是一个开源RISC-V项目，作者是来自人工智能呼叫中心自动化公司ASAPP的一名研究工程师Hugh Perkins。VeriGPU专门面向机器学习，并计划让其支持PyTorch深度学习框架。
而在2021年，美国的Pixilica还曾与RV64X合作，提出了一套新的图形指令集，旨在融合CPU-GPU ISA。RV64X是可扩展的架构，用户定义的基于SRAM的微代码可用于实现扩展，例如自定义光栅化器阶段、光线跟踪、机器视觉和机器学习。RV64X可以实现RISC-V CPU+RISC-V GPU的单核设计，也可以打造具有高度扩展性的RISC-V CPU+多核RISC-V GPU设计。
写在最后
正如上文所述，目前各大有GPU产品的厂商都在钻研RISC-V，而Think Silicon的动态无疑将会加速产业进程，让一众厂商在RISC-V GPU上加大创新力量。所谓星星之火可以燎原，Think Silicon已经把RISC-V GPU的火烧起来了，产业大爆发是可以预见的。
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