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(gè)現(xiàn)有領(lǐng)域的研究計(jì)劃外，還將投資的目光看向了固有市場(chǎng)之外的領(lǐng)域，比如正在悄然崛起的RISC-V。 

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

實(shí)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(chǎng)占有一定的份額，當(dāng)然，如果計(jì)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(guò)了CISC。

圖源：wiki 

后來(lái)的故事大家都已經(jīng)知道了，在與CISC的戰(zhàn)爭(zhēng)中，RISC最后成為落敗的一方，市場(chǎng)被x86完全占領(lǐng)，隨后整個(gè)RISC陣營(yíng)近乎土崩瓦解，不少公司都開始轉(zhuǎn)投其他市場(chǎng)和架構(gòu)。但是，仍然有人沒能忘記RISC，經(jīng)過(guò)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(gè)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(jí)會(huì)員。 

在RISC聯(lián)盟的高級(jí)會(huì)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(yíng)的公司，英特爾主動(dòng)加入這個(gè)聯(lián)盟總有一種“黃鼠狼給雞拜年”的感覺。不過(guò)，現(xiàn)在看來(lái)英特爾并非來(lái)攪局的，他們對(duì)于RISC-V架構(gòu)有著自己的獨(dú)特認(rèn)知，并且正在將這個(gè)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(lái)的最大對(duì)手，英特爾對(duì)RISC架構(gòu)的研究其實(shí)一直沒有暫停，所以也讓他們有著更多的資本來(lái)融入這個(gè)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(guò)一年半的時(shí)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(gè)核心，但是卻有528個(gè)線程，單核擁有66個(gè)線程，可以說(shuō)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(jì)打造的光學(xué)互聯(lián)芯片，可以讓最多131072個(gè)Piuma芯片互連，組成一個(gè)擁有1680萬(wàn)個(gè)核心，1.384億個(gè)線程和512PB共享內(nèi)存的龐然大物。

圖源：intel

在這個(gè)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(diǎn)不夠看，在英特爾設(shè)計(jì)人員的計(jì)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(guò)，Piuma并非一個(gè)很新穎的概念，類似的產(chǎn)品此前也誕生過(guò)，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(gè)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(huì)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(shí)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(jì)有六個(gè)數(shù)據(jù)管道，其中四個(gè)中內(nèi)置了16個(gè)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(jì)，線程性能是多線程管道中單條線程的八倍。

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有點(diǎn)類似于如今主流x86處理器所采用的大小核設(shè)計(jì)，只不過(guò)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(gè)任務(wù)線程時(shí)，處理器會(huì)將任務(wù)轉(zhuǎn)交給單線程管道，騰出多線程管道空間運(yùn)行下一個(gè)任務(wù)。 

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

同時(shí)，Piuma的八個(gè)內(nèi)核都有獨(dú)立的定制DDR5內(nèi)存控制器，加上精簡(jiǎn)指令集的幫助，可以讓單個(gè)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(huì)受制于內(nèi)存調(diào)用。 

超大AI集群來(lái)了？ 

傳統(tǒng)的x86架構(gòu)處理器面對(duì)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(gè)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(wú)法同時(shí)對(duì)多個(gè)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(shì)就是如此，雖然該架構(gòu)可以打造出目前半導(dǎo)體市場(chǎng)中單線程性能最強(qiáng)的處理器，但是面對(duì)多而小的任務(wù)時(shí)，疲弱的多線程設(shè)計(jì)往往讓x86架構(gòu)處理器無(wú)所適從。在這個(gè)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(duì)這些繁復(fù)的工作。

但是，x86所不擅長(zhǎng)的工作，卻恰好是RISC-V的強(qiáng)項(xiàng)，作為一個(gè)更精簡(jiǎn)、高效且開放的架構(gòu)，RISC-V的設(shè)計(jì)師可以輕松進(jìn)行針對(duì)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(jiǎn)單打個(gè)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(gè)輪子裝在一個(gè)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上，然后宣布這就是你的新車，它或許無(wú)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(shì)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(guò)更精確的任務(wù)分配，讓每個(gè)線程都發(fā)揮出最大的性能，同時(shí)利用指令集特性快速分配任務(wù)線程，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

圖源：intel

正是基于這個(gè)特性，Piuma才能夠做到八核五百二十八線程的超級(jí)多線程設(shè)計(jì)，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(chǎng)需求的增長(zhǎng)，阿里的平頭哥等企業(yè)都在基于RISC-V架構(gòu)打造對(duì)應(yīng)的多并發(fā)處理器，如今已經(jīng)活躍于各個(gè)領(lǐng)域。 

隨著ChatGPT等AI大模型成為主流趨勢(shì)，以RISC-V架構(gòu)打造的處理器更符合AI大模型的實(shí)際運(yùn)行場(chǎng)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(huì)浪費(fèi)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(gè)線程中處理，顯著提升處理效率。 

不過(guò)，想要打造出英特爾計(jì)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(shí)際使用時(shí)，光纖的帶寬只有理論帶寬的一半，而且因?yàn)楣饫w發(fā)熱問題，導(dǎo)致在實(shí)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(shuō)，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(lái)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？