Nvidia發現,現有市場產品無法滿足客製晶片需求,轉而決定自建,甚至捨棄Arm架構,改採用了開源的RISC-V指令集架構,來設計自己的微控制器CPU,不只滿足全部功能需求,而且效能更好,還能降低成本。圖片來源/Nvidia

RISC-V開源指令集也能用在GPU,連GPU廠商Nvidia自己都在用。

除了主要繪圖運算核心單元,一顆GPU裡也有裝進不少小型嵌入式CPU,又稱微控制器,平時負責輔助GPU在許多平行運算任務的處理,例如其中一顆Falcon微控制器,就提供支援跨硬體平臺的影像、圖形解碼到安全性的任務,雖然它只是小小功能,也是GPU不可缺少的重要元件。

Nvidia超過15款以上的GPU產品都有用,包括Tegra SoC和其他GPU產品等。每年需使用約3億顆這種晶片,裝進GPU裡。

翻新10年GPU老架構,現在靠RISC-V終於有解

Falcon原本是以該公司自行設計的RISC指令集做開發,然而,這顆微控制器已經使用了10多年之久,難以再靠改善現有的微控制器CPU與指令集架構來滿足新的需求,因此,Nvidia決定重新設計新架構,來滿足更高效能的應用需求,並提供更高彈性、安全。

Nvidia研發團隊對於新一代微控制器的性能要求,至少須提供翻倍效能、支援64位元記憶體定址、快取與高速記憶體,晶片面積更要減半,還要能支援主流作業系統等。

但在評估之後,他們發現,現有市場產品無法滿足客製晶片需求,轉而決定自製,甚至捨棄Arm架構,改採用了開源RISC-V指令集架構,來設計新一代CPU架構,取代現有Falcon控制器。

2016年時,Nvidia先採用柏克萊開源RISC-V處理器Rocket來開發出第一代Falcon控制器,在9項客製CPU設計要求中,已能符合7項功能規格,相較之下,採用其他架構,如Arm Cortex-A9,連一半都不到。

隔年,Nvidia更改用自己設計的RISC-V處理器版本,也就是第2代Falcon控制器。

這代Falcon控制器,則使用了64位元RISC-V指令集來設計這個CPU,並根據自身需求,來決定需要使用哪些指令,也加入自己的專用指令集,來對CPU設計進行優化,後來,不只滿足所有技術需求,而且效能更好,也幫助他們降低成本,就是因為採用開源設計。

除了一般GPU有用,RISC-V也成為了Nvidia押寶AI的新硬體架構技術。兩年前,Nvidia還展示了一臺AI深度學習加速器RC18,裡面也整合了RISC-V處理器,用來做為加速器I/O元件核心,可以用來支撐每秒高達128兆次的推論執行,而且功耗只有13.5瓦,足以證明RISC-V架構也能當作AI加速器來使用。

為了讓RISC-V可以進到更多Nvidia產品,Nvidia不只加入RISC-V基金會成為白金會員,持續透過社群來加深自己在RISC-V相關技術的實作能力,Nvidia也積極招募RISC-V相關技術人才,例如,之前曾在LinkedIn平臺釋出不少新的工作職缺,也都跟RISC-V技術相關,包括CPU設計、處理器架構、影像處理編解碼技術、影像處理ISP等。

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