近日，國芯科技在互動(dòng)平臺(tái)回應(yīng)投資者提問時(shí)表示，公司已與上海清華國際創(chuàng)新中心合作研發(fā)了基于開源RISC-V指令架構(gòu)的GPGPU內(nèi)核。2024年7月，研發(fā)團(tuán)隊(duì)已完成第一版RTL代碼設(shè)計(jì)并對(duì)外公開發(fā)布。目前，因公司聚焦于汽車電子芯片、服務(wù)器和云應(yīng)用安全芯片、量子安全芯片及AI MCU芯片的研發(fā)，RISC-V GPGPU的開發(fā)工作暫告一段落。未來，將根據(jù)國際上開源RISC-V GPGPU技術(shù)的發(fā)展情況，再考慮是否啟動(dòng)后續(xù)研發(fā)計(jì)劃。
基于RISC-V架構(gòu)研發(fā)GPGPU內(nèi)核
隨著AI大模型的快速發(fā)展，全球?qū)λ懔Φ男枨蟪掷m(xù)增長。據(jù)《全國數(shù)據(jù)資源調(diào)查報(bào)告（2023年）》顯示，中國算力中心整體規(guī)模同比增長約30%，特別是在人工智能及高性能計(jì)算領(lǐng)域，新型算力需求迫切。在這一背景下，算力芯片領(lǐng)域的競爭不斷加劇。
作為全球AI芯片的領(lǐng)軍企業(yè)，英偉達(dá)目前在GPGPU市場上占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，為降低對(duì)單一技術(shù)供應(yīng)的依賴，各類基于ARM架構(gòu)的芯片以及ASIC專用形態(tài)的算力芯片逐漸涌現(xiàn)。同時(shí)，開源RISC-V架構(gòu)也成為研究重點(diǎn)，部分企業(yè)正嘗試將其用于GPGPU的開發(fā)。
在國際市場上，早在2021年，佐治亞理工學(xué)院便提出了基于RISC-V架構(gòu)的Vortex GPGPU設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)支持OpenCL 1.2 API，并結(jié)合CUDA操作，以RISC-V向量指令為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)靈活的并行計(jì)算功能。在國內(nèi)，國芯科技借助上海清華國際創(chuàng)新中心的研究資源，完成了國內(nèi)首個(gè)基于開源RISC-V指令集的GPGPU原型，命名為“承影”。
“承影”——國內(nèi)首個(gè)開源RISC-V GPGPU
“承影”是由上海清華國際創(chuàng)新中心研發(fā)的一款開源GPGPU技術(shù)框架。其設(shè)計(jì)以RISC-V指令集為核心，結(jié)合向量擴(kuò)展（RVV），打造出支持高性能運(yùn)算的編程模型。該項(xiàng)目基于LLVM開源工具鏈，支持OpenCL并行編程框架，能夠結(jié)合RISC-V向量指令的靈活優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)較高的處理性能，同時(shí)確保與向量處理器工具鏈兼容。
從公開的信息來看，“承影”不僅具有明確的技術(shù)路線，還結(jié)合了多項(xiàng)功能優(yōu)勢(shì)，例如：
高級(jí)接口與抽象： 采用C++接口，簡化了高性能計(jì)算任務(wù)的實(shí)現(xiàn)流程，為開發(fā)者提供友好、易于上手的并行編程環(huán)境。
動(dòng)態(tài)調(diào)度能力： 通過動(dòng)態(tài)任務(wù)分配優(yōu)化硬件利用效率，顯著提升資源利用率。
靈活可配置： 調(diào)整框架以適應(yīng)不同計(jì)算平臺(tái)和任務(wù)需求，包括GPU、多核CPU及其他加速設(shè)備。
異構(gòu)計(jì)算支持： 提供跨平臺(tái)支持能力，為不同應(yīng)用場景提供多樣化的解決方案。
國芯科技基于“承影”的技術(shù)方案和合作伙伴的資源，進(jìn)一步開發(fā)了Verilog版本的開源RISC-V GPGPU內(nèi)核，使其具備適應(yīng)FPGA和ASIC實(shí)現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)。
面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)
盡管開源RISC-V GPGPU的研究走出了關(guān)鍵一步，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍然困難重重。以下是當(dāng)前這一領(lǐng)域的主要挑戰(zhàn)：
工具鏈復(fù)雜性：
“承影”GPGPU初始使用Chisel HDL進(jìn)行設(shè)計(jì)，而Chisel是基于Scala語言的硬件描述語言（HDL）。這種開發(fā)工具鏈為設(shè)計(jì)提供了靈活性，但學(xué)習(xí)門檻較高。開發(fā)人員不僅需要熟練掌握RISC-V的指令架構(gòu)，還需具備較強(qiáng)的Scala語言能力。研發(fā)效率提升與人才儲(chǔ)備問題是后續(xù)推廣的關(guān)鍵難點(diǎn)。
從Chisel到Verilog的轉(zhuǎn)換：
研發(fā)過程中，從Chisel HDL生成Verilog代碼后，名詞、模塊名稱等會(huì)發(fā)生變化，增加了代碼定位和問題排查的難度。這對(duì)工程化實(shí)現(xiàn)提出了更高要求。
生態(tài)建設(shè)不足：
GPGPU芯片的全面落地依賴于軟件工具鏈、驅(qū)動(dòng)支持、編程框架等完整生態(tài)。目前，國內(nèi)基于RISC-V架構(gòu)的應(yīng)用軟件和開發(fā)工具較為稀缺，而開源社區(qū)對(duì)GPGPU領(lǐng)域的關(guān)注也遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)GPU廠商的方案。如何建立起完善的生態(tài)，是這一領(lǐng)域發(fā)展的重要瓶頸。
競爭壓力：
當(dāng)前市場上，英偉達(dá)等行業(yè)巨頭已建立成熟的軟硬件生態(tài)系統(tǒng)，其他替代方案難以與其短期內(nèi)競爭。對(duì)于基于RISC-V的GPGPU，尤其是開源產(chǎn)品，推動(dòng)商業(yè)化應(yīng)用和獲得行業(yè)認(rèn)可將面臨較大的難度。
寫在最后
開源RISC-V架構(gòu)的出現(xiàn)，為下一代算力芯片發(fā)展提供了更多樣的選擇。國芯科技通過開發(fā)基于RISC-V的GPGPU，為國內(nèi)算力芯片研發(fā)注入新活力，也展現(xiàn)了技術(shù)自主與創(chuàng)新的能力。然而，開源技術(shù)工業(yè)化落地和生態(tài)建設(shè)并非一日之功?，F(xiàn)階段，“承影”項(xiàng)目的研發(fā)所積累的基礎(chǔ)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，為未來優(yōu)秀的國產(chǎn)GPGPU解決方案創(chuàng)造了可能，亦為RISC-V生態(tài)的擴(kuò)展及完善鋪平了道路。在全球AI產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的背景下，相關(guān)技術(shù)的持續(xù)突破仍是國內(nèi)芯片企業(yè)未來的重要方向之一。
