SiFive的RISC-V處理器向Nvidia發(fā)起挑戰(zhàn)

SiFive將在未來18個(gè)月內(nèi)推出三款基于RISC-V的汽車處理器。與競爭對手相比，SiFive承諾具有更高的性能、更低的功耗和更簡單的編程，希望吸引汽車OEM和汽車芯片公司使用RISC-V，以取代ADAS和AV半導(dǎo)體市場的現(xiàn)有競爭者。

SiFive的產(chǎn)品副總裁Chris Jones表示，SiFive的新產(chǎn)品系列將兩年來專注于汽車市場的“幕后”開發(fā)努力和人才招聘推向了高潮。

汽車行業(yè)有許多基于Arm內(nèi)核的SoC選擇，但Jones表示，“有些客戶要求下一代汽車應(yīng)用具有最大的性能，但現(xiàn)有的供應(yīng)商忽略了他們的需求。”他表示，SiFive正以“從嵌入式內(nèi)核到矢量計(jì)算再到高性能產(chǎn)品的三種產(chǎn)品”來滿足這些OEM和半導(dǎo)體Tier1的需求。

SiFive的RISC-V汽車處理器將涵蓋三類：“基本系列”（E6-A），用于處理傳統(tǒng)的嵌入式32位和64位應(yīng)用；“智能系列”（X280-A），為中央傳感器融合與AI提供向量計(jì)算；以及一個(gè)“性能系列”，SiFive計(jì)劃在下個(gè)月公布其細(xì)節(jié)。E6-A系列預(yù)計(jì)在第四季度推出，X280-A將在2023年中期推出，高性能系列將在明年底推出。

這三款處理器旨在幫助車廠將下一代系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閦onal架構(gòu)。SiFive還瞄準(zhǔn)了那些希望為自己的AV中樞大腦尋求高性能計(jì)算的客戶。

最終目標(biāo)是打破Nvidia在低功耗、高性能汽車半導(dǎo)體市場的壟斷。

在推出最終產(chǎn)品之前，SiFive已經(jīng)向客戶透露了所有三款新型汽車處理器的RTL（register-transfer level）模型。SiFive表示，到目前為止，已經(jīng)為E6-A系列找到了兩家半導(dǎo)體Tier1客戶，并為其高性能系列找到了一家領(lǐng)先的半導(dǎo)體客戶。據(jù)Jones介紹，加州山景城的一家AV公司已經(jīng)簽約購買了X280-A。

他們沒有透露這些客戶的名稱，但SiFive稱這些公司都是Top 10的芯片公司，他們把SiFive的IP與自己的芯片組整合在一起。

汽車行業(yè)為什么要用RISC-V？

RISC-V內(nèi)核正出現(xiàn)在一些新款汽車SoC中。

在今年的CES上，Mobileye推出了專為L4車輛設(shè)計(jì)的EyeQ Ultra。Mobileye放棄了之前EyeQ系列中使用的MIPS CPU內(nèi)核，在EyeQ Ultra中采用了12個(gè)RISC-V內(nèi)核，以及Arm GPU和DSP。

在上個(gè)月的Hot Chips大會(huì)上，開發(fā)AI推理芯片的初創(chuàng)公司Untether AI討論了其第二代at-memory架構(gòu)，該架構(gòu)裝載了超過1400個(gè)優(yōu)化的帶有定制指令的RISC-V處理器。

Jones表示，兩個(gè)因素會(huì)促使基于Arm內(nèi)核的汽車SoC和Nvidia的GPU轉(zhuǎn)向RISC-V解決方案，即功耗和“靈活性”。

他說：“人們過去常說，在汽車領(lǐng)域，功耗并不重要。因?yàn)榕c智能手機(jī)不同，汽車是一個(gè)龐大的系統(tǒng)。但電動(dòng)車就不同了，因?yàn)樗械臇|西都是靠電池運(yùn)行的，而GPU需要大量的電力。”

至于“RISC-V的自由度和靈活性”，Jones指出，“中國數(shù)十家自動(dòng)駕駛汽車OEM廠商正在設(shè)計(jì)自己的汽車芯片。在同等條件下，他們希望采用RISC-V，因?yàn)樗麄兿Ｍ_保他們對技術(shù)的訪問不會(huì)中斷，無論他們正在進(jìn)行什么軟件開發(fā)都不會(huì)被浪費(fèi)。”

向量處理

SiFive認(rèn)為，去年RISC-V International批準(zhǔn)的向量擴(kuò)展，將使RISC-V內(nèi)核可以實(shí)現(xiàn)許多新的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，包括AI和機(jī)器學(xué)習(xí)。更重要的是，它認(rèn)為RISC-V向量指令可以解決業(yè)界的許多設(shè)計(jì)和開發(fā)挑戰(zhàn)，包括功耗、數(shù)據(jù)移動(dòng)、多庫以及打包的SIMD（single-instruction, multiple-data）和GPU實(shí)現(xiàn)中的代際不兼容。

這并不新鮮。計(jì)算機(jī)中的向量運(yùn)算至少可以追溯到20世紀(jì)70年代中期的超級計(jì)算機(jī)，到了20世紀(jì)80年代中期，IBM的370架構(gòu)提供了向量擴(kuò)展。

低規(guī)模集成限制了IBM架構(gòu)師的選擇，因?yàn)橄蛄刻幚韱卧谴蠛凶?，而浮點(diǎn)單元（FPU）往往是大型芯片。但是FPU進(jìn)化出了一些有限的向量能力，即多個(gè)pipeline，所以它們可以同時(shí)做幾個(gè)相同的操作。這演變成了主流CPU的向量處理擴(kuò)展。IBM Power架構(gòu)和Arm都有類似的擴(kuò)展。

向量擴(kuò)展有兩個(gè)主要用途。第一種是使用向量或矩陣代數(shù)運(yùn)算，通常用于科學(xué)或統(tǒng)計(jì)目的。這些計(jì)算速度可以同時(shí)組織和協(xié)調(diào)大量的數(shù)據(jù)塊。其次，向量擴(kuò)展在不涉及向量數(shù)學(xué)的普通并行算術(shù)或邏輯運(yùn)算中很有效，比如深度學(xué)習(xí)所需的數(shù)據(jù)庫搜索和計(jì)算，無論是基于訓(xùn)練還是基于推理。

它的整體概念與GPU相比，在GPU中，許多數(shù)據(jù)路徑在不同的數(shù)據(jù)塊上做相同或幾乎相同的事情，以響應(yīng)單個(gè)指令SIMD。GPU有一種更復(fù)雜、更并行的方式來做同樣的事情。但結(jié)果是，它們的編程難度要大得多，除非有人給你一個(gè)向量數(shù)學(xué)庫和像Nvidia的CUDA這樣的并行計(jì)算平臺(tái)和API。

為了在某些應(yīng)用中與Arm Cortex和x86 CPU競爭，RISC-V中新增的向量處理器和指令可能將允許供應(yīng)商通過“更數(shù)學(xué)上的‘向量’和更少的SIMD”來實(shí)現(xiàn)差異化。

在SiFive看來，RISC-V向量提供了一種強(qiáng)大、有效的替代方案（在代碼大小、性能和面積方面），以解決SIMD和GPU處理大型數(shù)據(jù)集的低效使用。RISC-V在相同的軟件代碼中使用不同向量長度的能力提供了可擴(kuò)展性和靈活性，同時(shí)最大限度降低了軟件的復(fù)雜性。

Jones表示，SiFive的新X280-A具有向量擴(kuò)展功能，無需使用多個(gè)加速器或DSP。其結(jié)果是顯著降低了功耗，提高了效率。

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