RISC-V，能搭上AI大模型的快車嗎？

去年3月份，英特爾在更換了新的CEO后，除了加大力度推進(jìn)各個現(xiàn)有領(lǐng)域的研究計劃外，還將投資的目光看向了固有市場之外的領(lǐng)域，比如正在悄然崛起的RISC-V。 

RISC-V對于多數(shù)人而言或許都是一個陌生的名詞，但是在半導(dǎo)體領(lǐng)域，這個架構(gòu)正在吸引越來越多的投資和關(guān)注，在國內(nèi)，RISC-V被認(rèn)為將會是我們彎道超車的機(jī)會，如阿里、華為等國內(nèi)科技巨頭都在押注該架構(gòu)。 

實際上，RISC-V已經(jīng)成為繼x86和ARM之后的第三大架構(gòu)，在全球市場占有一定的份額，當(dāng)然，如果計算具體的份額占比，那么RISC-V距離x86和ARM還有一段相當(dāng)遙遠(yuǎn)的距離。RISC-V的前身RISC，是曾經(jīng)一度與CISC（x86）并駕齊驅(qū)，甚至在服務(wù)器等領(lǐng)域的占比還超過了CISC。

圖源：wiki 

后來的故事大家都已經(jīng)知道了，在與CISC的戰(zhàn)爭中，RISC最后成為落敗的一方，市場被x86完全占領(lǐng)，隨后整個RISC陣營近乎土崩瓦解，不少公司都開始轉(zhuǎn)投其他市場和架構(gòu)。但是，仍然有人沒能忘記RISC，經(jīng)過多年的整合與調(diào)整，被命名為RISC-V的第五代RISC架構(gòu)正式發(fā)布，以此為基礎(chǔ)，一個全新的RISC聯(lián)盟成立，華為等企業(yè)目前都是該行業(yè)聯(lián)盟的高級會員。 

在RISC聯(lián)盟的高級會員名單中，英特爾的名字顯然是最顯眼的，作為曾經(jīng)以一己之力擊敗RISC陣營的公司，英特爾主動加入這個聯(lián)盟總有一種“黃鼠狼給雞拜年”的感覺。不過，現(xiàn)在看來英特爾并非來攪局的，他們對于RISC-V架構(gòu)有著自己的獨特認(rèn)知，并且正在將這個架構(gòu)應(yīng)用到自己的新產(chǎn)品線中。

圖源：RISC-V

“最了解你的，往往是你的敵人”，作為RISC架構(gòu)曾經(jīng)以及未來的最大對手，英特爾對RISC架構(gòu)的研究其實一直沒有暫停，所以也讓他們有著更多的資本來融入這個新的聯(lián)盟。在去年3月宣布投資10億美元進(jìn)行RISC-V架構(gòu)的處理器研發(fā)后，經(jīng)過一年半的時間，英特爾正式向外界公布了自己的成果——Piuma。

 一核六十六線程 

Piuma是一顆特殊的芯片，特殊在于它雖然只有8個核心，但是卻有528個線程，單核擁有66個線程，可以說在Piuma面前，單論多線程性能所有的x86芯片都要自愧不如。令人驚訝的線程數(shù)背后，還有更恐怖的互聯(lián)性能，基于特殊設(shè)計打造的光學(xué)互聯(lián)芯片，可以讓最多131072個Piuma芯片互連，組成一個擁有1680萬個核心，1.384億個線程和512PB共享內(nèi)存的龐然大物。

圖源：intel

在這個規(guī)模的處理器陣列面前，傳統(tǒng)的x86架構(gòu)服務(wù)器多少有點不夠看，在英特爾設(shè)計人員的計劃里，Piuma能夠以傳統(tǒng)處理器百倍的速度處理圖形分析工作。 

不過，Piuma并非一個很新穎的概念，類似的產(chǎn)品此前也誕生過，那么Piuma的特殊之處在哪里呢？特殊在英特爾聯(lián)合另一家公司，為其打造了一個特殊的光纖互聯(lián)系統(tǒng)。

圖源：intel 

在光纖的幫助下，Piuma的互聯(lián)帶寬高達(dá)1TB/s，使其能夠快速傳輸數(shù)據(jù)，而且相較于傳統(tǒng)的銅線連接，光纖的延遲要低很多，使得大規(guī)模處理器陣列的搭建變得更加輕松。 

或許大家都會好奇，傳統(tǒng)的x86處理器往往只能做到單核雙線程，Piuma是如何做到一核六十六線程的？又是如何在獲得充足的多線程性能同時保持一定單線程處理能力的？ 

據(jù)英特爾介紹，Piuma芯片內(nèi)設(shè)計有六個數(shù)據(jù)管道，其中四個中內(nèi)置了16個線程，用于處理零散且多的數(shù)據(jù)，此外還有兩條管道則是單線程設(shè)計，線程性能是多線程管道中單條線程的八倍。

圖源：intel

有點類似于如今主流x86處理器所采用的大小核設(shè)計，只不過兩者的順序有所調(diào)換，多線程管道低主頻但是多并發(fā)，主要負(fù)責(zé)處理零散任務(wù)，當(dāng)遇到需要更多性能去處理，或是任務(wù)集群執(zhí)行到最后一個任務(wù)線程時，處理器會將任務(wù)轉(zhuǎn)交給單線程管道，騰出多線程管道空間運行下一個任務(wù)。 

如此一來就能最大限度地利用各個線程，同時處理大量的零散數(shù)據(jù)，在遇到偶然的大體量任務(wù)時，則可以由高性能的單線程管道進(jìn)行處理，避免其長時間占用多線程管道。 

同時，Piuma的八個內(nèi)核都有獨立的定制DDR5內(nèi)存控制器，加上精簡指令集的幫助，可以讓單個最低訪問粒度為8字節(jié)，遠(yuǎn)小于普通x86處理器的72字節(jié)，意味著Piuma可以更精準(zhǔn)的調(diào)整內(nèi)存占用，使得單核超線程的性能不會受制于內(nèi)存調(diào)用。 

超大AI集群來了？ 

傳統(tǒng)的x86架構(gòu)處理器面對這些低負(fù)荷卻繁多的任務(wù)需求，往往難以發(fā)揮出單個線程全部的性能，100%的性能卻只發(fā)揮出10%甚至更少，而且還無法同時對多個任務(wù)進(jìn)行處理，導(dǎo)致性能大幅度空置。 

x86架構(gòu)的優(yōu)劣勢就是如此，雖然該架構(gòu)可以打造出目前半導(dǎo)體市場中單線程性能最強(qiáng)的處理器，但是面對多而小的任務(wù)時，疲弱的多線程設(shè)計往往讓x86架構(gòu)處理器無所適從。在這個方面，ARM的表現(xiàn)都遠(yuǎn)優(yōu)于x86，隨著圖形分析等小體量卻多次數(shù)的任務(wù)需求增加，x86架構(gòu)已經(jīng)難以應(yīng)對這些繁復(fù)的工作。

但是，x86所不擅長的工作，卻恰好是RISC-V的強(qiáng)項，作為一個更精簡、高效且開放的架構(gòu)，RISC-V的設(shè)計師可以輕松進(jìn)行針對性修改，只需要遵循基礎(chǔ)的指令集，就可以在此基礎(chǔ)上打造出專屬的處理器。 

簡單打個比喻，如果你想打造一輛車，要求是在直線跑道里跑得足夠快，x86卻依然要求你留下諸如剎車、方向盤、轉(zhuǎn)向裝置等各種普通汽車該有的結(jié)構(gòu)。而在RISC-V里，你可以將兩個輪子裝在一個火箭發(fā)動機(jī)上，然后宣布這就是你的新車，它或許無法處理多樣化的任務(wù)，但是卻能夠跑出最高的直線速度。 

RISC-V的優(yōu)勢在于其不同于x86的指令集邏輯，RISC-V可以更高效地處理小體量但多次數(shù)的重復(fù)任務(wù)，通過更精確的任務(wù)分配，讓每個線程都發(fā)揮出最大的性能，同時利用指令集特性快速分配任務(wù)線程，提高整個系統(tǒng)的運行效率。

圖源：intel

正是基于這個特性，Piuma才能夠做到八核五百二十八線程的超級多線程設(shè)計，雖然單線程的處理性能遠(yuǎn)低于x86架構(gòu)處理器，但是卻可以滿足多并發(fā)的任務(wù)需求。隨著人工智能等市場需求的增長，阿里的平頭哥等企業(yè)都在基于RISC-V架構(gòu)打造對應(yīng)的多并發(fā)處理器，如今已經(jīng)活躍于各個領(lǐng)域。 

隨著ChatGPT等AI大模型成為主流趨勢，以RISC-V架構(gòu)打造的處理器更符合AI大模型的實際運行場景，大量的短字節(jié)文字信息在常規(guī)的數(shù)據(jù)中心里處理會浪費大量的算力，而在以RISC-V處理器為核心搭建的數(shù)據(jù)中心里，短字節(jié)數(shù)據(jù)可以被精準(zhǔn)分配到各個線程中處理，顯著提升處理效率。 

不過，想要打造出英特爾計劃中的超大處理器集群，還有許多問題需要解決，目前英特爾的Piuma芯片在實際使用時，光纖的帶寬只有理論帶寬的一半，而且因為光纖發(fā)熱問題，導(dǎo)致在實際使用中故障頻發(fā)，需要經(jīng)常檢查和更換光纖連接線，以至于英特爾目前最多也只是將兩顆Piuma芯片進(jìn)行連接而已。

圖源：intel 

可以說，在光纖材料的難題解決之前，英特爾設(shè)想的超大處理器集群都還只停留在PPT上，但是，如果可以解決材料問題，我們將可以創(chuàng)造出更契合AI大模型的服務(wù)器集群。

來源：雷科技

       原文標(biāo)題 : 英特爾出手，RISC-V能否乘上AI大模型的快車？