RISC-V:赋能智能通用计算时代

本文由半导体产业纵横(ID:ICVIEWS)编译自semiwiki


人工智能/机器学习的进步正在为通用计算注入智能。

Andes Technology总裁兼首席技术官Charlie Su在2025年RISC-V北美峰会上发表了精彩的主题演讲,他断言RISC-V已做好充分准备,引领蓬勃发展的智能通用计算领域。这一新兴范式将人工智能和机器学习集成到日常计算设备中,涵盖从AI赋能的个人电脑和智能手机到边缘服务器、软件定义车辆和机器人平台等。Charlie Su强调,人工智能/机器学习的进步正在为通用计算注入智能,从而推动个人应用、工厂自动化、监控、无人机和自动驾驶(ADAS 0-4级)等领域的应用。他预测,作为应用赋能平台的机器人,其规模可能会超过智能手机市场。为了支持这一发展,智能通用计算需要一个强大的生态系统,以支持通用任务和大规模人工智能/机器学习,涵盖软件和硬件。

Charlie Su重点强调了RISC-V在推动大规模AI/ML创新方面的作用。Meta的训练和推理加速器(MTIA)就是一个典型的例子。MTIA利用了Andes的向量和标量内核以及自动化自定义扩展(ACE)框架,详情请参见ISCA 2023。自2023年以来,Meta的数据中心已部署了两代基于RISC-V处理器并带有自动化扩展的MTIA。其他采用基于SRAM的内存计算(CI-ME)的加速器包括服务器解决方案(例如RiVos AI SoC)、云服务(SAPEON)、基于光子学的AI和ADAS系统。这些加速器由Andes的AX46MPV、AX45MPV、NX27V和AX65等内核驱动,展现了RISC-V在高性能AI领域的多功能性。

RISC-V软件生态系统正在快速成熟,这得益于 RISE(RISC-V 软件生态系统)等举措的推动。RISE 旨在加速开源软件开发、提升软件质量,并协调云和物联网设备的相关工作。目前,RISC-V 已支持 Java 22/21,其工具涵盖编译器(LLVM、GCC、GLIBC)、系统库(FFmpeg、OpenBLAS)、内核/虚拟化(Linux、Android、性能配置文件)等。其主要成员包括 Andes、Google、Intel、NVIDIA、Qualcomm 和 Samsung。Debian 对开源的支持也印证了 RISC-V 的成熟度,在超过 64,000 个软件包中,RISC-V的构建成功率高达98.4%,位列第三。Metanoia 的 5G O-RAN 软件架构进一步展现了模块化、完全开源的半交钥匙解决方案的优势。

Andes的处理器产品线专为当今时代量身打造。AX46MPV 提供强大的计算能力和高效的控制,兼容 RVA22+标准,包括AIA和SV38/48/57虚拟化。它采用双发射方式处理向量/标量指令,配备向量处理单元 (VPU),VLEN/DLEN范围为128至1024位,支持int4 至int64和bf16/fp16 至64 格式,并增强了归约求和功能。多核支持最高可达 16 核,通过双发射加载/存储提升内存性能,拥有强大的卓越性能,以及可处理多个 OOO 请求的高速向量内存 (HVM) 接口。与AX45MPV相比,其性能提升包括:SpecInt2006测试成绩提升约 18%(得分5.65),关键向量库(libvec、libnn)性能提升超过 2 倍,带宽提升 40%。

AX66是一款中端应用处理器,符合RVA23标准,具备双向量流水线(VLEN=128)、4 宽前端解码、128 项 ROB、8 条执行流水线以及 TAGE-L 分支预测器。它支持最多8个核心、32MB 共享 L3 缓存(大部分为独占缓存)以及 128/256 位 AXI4 接口,并支持IOMMU、APLIC和CHI。向量性能在 libnn 密钥函数方面提升超过10倍(平均 9.6 倍),在 libvec 方面提升超过4倍(平均 3.55 倍),加密性能也显著提升(SHA-256 提升 4.7 倍,AES-128提升10.5倍,SM4提升6.4倍)。带宽提升25%。

针对高端应用需求,Cuzco 系列处理器可扩展至 20 SpecInt2k6/GHz,并采用专利的基于时间的调度技术(通过时间资源矩阵实现),从而提高指令执行效率并降低功耗。该系列处理器符合 RVA23 标准,具备 8 路解码、256 个 ROB 条目、8 条流水线(每个切片 2 条)、高级分支预测、私有 L1/L2 缓存、高达 256MB 的共享 L3 缓存、最多 8 个核心的多处理器以及 CHI/256 位 MMIO。早期 5nm 工艺的目标频率为 2.5GHz,而目前的 SpecInt2006 性能约为 18/GHz,CPU 使用 700 万个门,2MB L2 缓存使用 450 万个门。

Andes通过AndesAIRE增强了生态系统,AndesAIRE是一款“AI 无处不在”的端到端解决方案,包括IDE、NN SDK、编译器(MLIR、TVM)、解释器(ONNX Runtime、PyTorch)以及 AndLA 1350 等加速器。操作系统支持全面:RISC-V 规范(RVA22/23 配置文件、SoC 平台)、Linux 发行版(Debian、Fedora、Ubuntu,经 Andes 验证)、上游内核特性(strace/ftrace、Perf、HIGHMEM、CPU 热插拔、持续挂起到 RAM 和 PowerBrake)、引导加载程序(U-Boot、OpenSBI)以及 RTOS(FreeRTOS、Zephyr、Thread-X)。


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