在 RISC-V 開源處理器架構(gòu)能夠在數(shù)據(jù)中心與 x86 和 ARM 架構(gòu)一較高下之前，它需要從軟件開發(fā)社區(qū)獲得更多支持。本文對在巴塞羅那舉行的 RISC-V 峰會(huì)進(jìn)行了總結(jié)。

翻譯自 RISC-V Finds Its Foothold in a Rapidly Evolving Processor Ecosystem 。

圖片來自 Pixabay 的 Andrew Martin 。

開發(fā)者們從小就聽說過 ARM 或 x86 是 PC 和服務(wù)器的核心，但現(xiàn)在出現(xiàn)了一種叫做 RISC-V 的替代架構(gòu)。

在接下來的幾年里，一些公司將不可避免地推出運(yùn)行在 RISC-V 處理器上的 PC 和服務(wù)器。這些系統(tǒng)很可能會(huì)運(yùn)行在 Linux 上，因?yàn)閾?jù)稱微軟并未開發(fā)適用于 RISC-V 架構(gòu)的 Windows 操作系統(tǒng)。

但軟件生態(tài)系統(tǒng)存在著很大的問題——開發(fā)者支持相當(dāng)不足。RISC-V International 正在開發(fā)該芯片架構(gòu)，但其優(yōu)先事項(xiàng)中更多談及硬件，而對軟件的關(guān)注相對較少。

初步支持

自近十年前出現(xiàn)以來，RISC-V 迅速得到了包括蘋果在內(nèi)的主要芯片制造商的支持，蘋果在其 Apple Silicon 中使用了 RISC-V 控制器?；?RISC-V 的約 100 億個(gè)芯片核心已經(jīng)發(fā)貨。最近， Meta 宣布了一款基于 RISC-V 架構(gòu)的人工智能推理芯片。

該芯片架構(gòu)通常被稱為 Linux 的硬件版本。它是一個(gè)建立在貢獻(xiàn)文化和開源精神基礎(chǔ)上的免費(fèi)芯片技術(shù)，一個(gè)社區(qū)共同合作來開發(fā)和改進(jìn)產(chǎn)品。

RISC-V 是一種免費(fèi)許可架構(gòu)，意味著任何人都可以將架構(gòu)的一個(gè)版本分叉成自己的芯片。

采用 RISC-V 的芯片可以像樂高積木一樣進(jìn)行編譯——企業(yè)可以采用基本架構(gòu)，并在其上添加包括人工智能、圖形或安全加速器在內(nèi)的專有硬件塊。

Calista Redmond 在上個(gè)月的巴塞羅那 RISC-V 峰會(huì)上發(fā)表主題演講時(shí)表示：“曾經(jīng)是一個(gè)實(shí)驗(yàn)、一個(gè)原型的東西，現(xiàn)在正在迅速投入生產(chǎn)?！?/p>

RISC-V 的結(jié)構(gòu)使其適用于處理各種應(yīng)用和復(fù)雜計(jì)算需求的云原生環(huán)境。

其最基本的指令被設(shè)計(jì)為快速將應(yīng)用程序轉(zhuǎn)移到像 GPU 或?qū)Ｓ脭?shù)學(xué)處理器等加速器中，這些加速器在此類任務(wù)上表現(xiàn)優(yōu)異，如人工智能和分析。

Intel 和 AMD 的芯片已經(jīng)接近物理極限，而 RISC-V 的靈活性為計(jì)算機(jī)帶來了未來的發(fā)展方向。

例如，RISC-V 為新的硬件架構(gòu)提供了一條路徑，如稀疏計(jì)算，該計(jì)劃正在由美國情報(bào)高級研究計(jì)劃局研究，其中處理單元更接近存儲(chǔ)或內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。

巴塞羅那超級計(jì)算中心提出了在 RISC-V 芯片中合并 CPU 和內(nèi)存的概念，這將減少機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用程序帶來的內(nèi)存瓶頸。

BSC 的研究員 Umair Riaz 提到：“我們希望它實(shí)際上是在內(nèi)存附近執(zhí)行內(nèi)存密集型操作，比如 memcpy 。”他還提到 spinlock 函數(shù)，并表示在內(nèi)存中執(zhí)行這些操作將更高效更快速。

對于這種復(fù)雜的 RISC-V 芯片編寫應(yīng)用程序，即使是最勇敢的想直接針對硬件編碼的程序員也可能會(huì)感到吃力。但 Intel 希望為開發(fā)人員提供所需的工具，以便在模擬的 RISC-V 環(huán)境中開始測試應(yīng)用程序。

OneAPI

英特爾的 Codeplay 軟件部門最近宣布了 OneAPI Construction Kit ，其中包括開發(fā)人員在模擬的 RISC-V 環(huán)境中測試代碼的工具，這些工具可以在 x86 PC 上運(yùn)行。

Construction Kit 的主要特點(diǎn)是對 SYCL 的支持，這使得開發(fā)人員能夠編寫和編譯不考慮硬件架構(gòu)的應(yīng)用程序，而英特爾正在邁出將 RISC-V 支持引入并行編程框架的第一步。

該套件包括對英特爾的 DPC++/C++ 編譯器的支持，它允許將 C++ 代碼重新編譯以在多個(gè)硬件架構(gòu)上使用。

開發(fā)者還可以在類似 Raspberry Pi 的開發(fā)板或 Milk-V、StarFive 等公司的系統(tǒng)上測試 RISC-V 代碼。這兩家公司提供支持 Linux 的高性能 64 位 RISC-V 系統(tǒng)。

RISC-V 在 Linux 上的支持程度不高。只有少數(shù)幾個(gè)軟件包得到了完全支持，其中包括 Ubuntu 操作系統(tǒng)、Gnu 工具鏈、OpenvSwitch、Apache Nuttx 和 Mozilla 的 Spidermonkey 。

對于 RISC-V 的許多軟件包來說，它們運(yùn)行得還算不錯(cuò)，但仍未得到完全支持。例如，中國的 RISC-V 開發(fā)社區(qū)報(bào)告稱，現(xiàn)在在開源 Fedora 上有超過 80% 的軟件包得到了 RISC-V 的支持。

一些重要的軟件包，如 Pytorch、GCC、TensorFlow 和 OpenJDK ，可以運(yùn)行，但尚未完全支持。對于 LibreOffice 和 Firefox 等開源應(yīng)用程序的支持正在逐步增加。谷歌正在加快對 RISC-V 的 AOSP（Android開源項(xiàng)目）的支持，這將是下一個(gè)架構(gòu)規(guī)范的重要部分。

RISC-V 服務(wù)器芯片制造商 Esperanto Technologies 和 Ventana Micro Systems 已宣布推出用于云計(jì)算的服務(wù)器芯片，但對于軟件支持或編程模型的討論并不多。Esperanto 已將 Meta 的 Open Pre-Trained Transformer 模型移植到其 RISC-V 服務(wù)器上。

正在開發(fā)架構(gòu)規(guī)范的 RISC-V 國際組織正在嘗試通過建立 RISC-V 軟件生態(tài)系統(tǒng)（也稱為 RISE ）來解決這一問題，以為 RISC-V 系統(tǒng)創(chuàng)建基礎(chǔ)軟件工具和中間件。最初的支持者包括谷歌、英特爾、英偉達(dá)、高通、三星和 Ventana 等公司。

RISC-V 國際組織的首席技術(shù)官 Mark Himelstein 在峰會(huì)上談到 RISC-V 借鑒了 Linux 文化的文化根源，參與者為共享利益做出貢獻(xiàn)。

Himelstein 表示：“這種貢獻(xiàn)文化意味著在 RISC-V 和其他開源和開放標(biāo)準(zhǔn)社區(qū)中實(shí)現(xiàn)上游合并。”他還補(bǔ)充說：“這并不意味著你正在從事那些快速成為商品化的拼圖塊?！?/p>

此外，RISC-V 并沒有硬件和軟件共同設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，這使得開發(fā)人員更容易使用 x86 和 ARM 系統(tǒng)。RISC-V 首先開發(fā)硬件規(guī)范，而 Linux 兼容性則稍后出現(xiàn)。這與英特爾截然不同，后者在芯片發(fā)布前就將 Linux 驅(qū)動(dòng)程序上游化，以確保硬件與最新版本的操作系統(tǒng)兼容。

中國方面

RISC-V 的軟件努力也缺乏像 Linus Torvalds 那樣能夠憑借意志力推動(dòng)項(xiàng)目前進(jìn)的強(qiáng)大力量。RISC-V 也沒有足夠的主流地位來吸引大量開發(fā)者。

但在中國情況不同，中國正在大規(guī)模采用 RISC-V 來創(chuàng)建本土芯片，并減少對西方技術(shù)的依賴。中國的開發(fā)者正在投入工作，為 RISC-V 兼容的 Linux 操作系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)。

他們的動(dòng)力很簡單——中國的 RISC-V 計(jì)劃受到工程技術(shù)的驅(qū)動(dòng)，而非政治，開發(fā)者們有充足的動(dòng)機(jī)來構(gòu)建操作系統(tǒng)支持，特別是由于出口限制導(dǎo)致最新的西方芯片技術(shù)不為人所知。

中國公司正在開發(fā)一些最復(fù)雜的 RISC-V 芯片，并且社區(qū)每天都在增加對更多軟件包的支持。Fedora、Debian、Gentoo 和 Arch Linux、GNU 工具鏈以及 Clang 等的許多核心貢獻(xiàn)者都來自中國。

中國的 RISC-V 社區(qū)還在發(fā)起一項(xiàng)基層倡議，將對 RISC-V 處理器提供對 AMD 的并行編程框架 ROCm 的支持。AMD 沒有回應(yīng)有關(guān)其是否參與將 ROCm 移植到 RISC-V 的請求。