Micro Magic:已设计制造出世界上最快的RISC-V CPU

一家位于加州森尼维尔的小型电子设计公司Micro Magic Inc 。已经设计生产出了一种RISC-V架构CPU，其效率比世界领先的竞争对手高出数倍，同时还保持着不错的性能。

第一次注意到Micro Magic是EETimes本周的一篇报道，声称该公司设计制造出世界上最快的RISC-V CPU。Micro Magic的顾问Andy Huang声称，在1.1V电压下可达到5GHz和13，000CoreMark（一种基准测试工具）。一个运行在标称值为0.8V的Micro Magic内核可以在4.25GHz上提供11，000 CoreMark，仅消耗200mW。对此，Andy Huang创建了FineSim电路模拟器进行演示，在Odroid板上运行的内核的演示中，在0.8V时达到4.327GHz，在1.1V时达到5.19GHz。

在同一周的晚些时候，Micro Magic宣布同一款CPU在3GHz的情况下可以达到超8000CoreMark，而功率只有69mW。

什么是CoreMark？

在评估Micro Magic的新CPU时，首先要弄清楚什么是CoreMark，以及一个高性能的CPU到底要达到多少CoreMark。CoreMark是由嵌入式微处理器基准评测协会（Embedded Microprocessor Benchmark Consortium）发布的一款简化的CPU基准测试工具，CoreMark标准的测试方法很简单，就是在某配置参数组合下单位时间内跑了多少次CoreMark程序，其指标单位为CoreMark/MHz。CoreMark数字越高，意味着性能更高。CoreMark只关注CPU的核心管线（流水线）功能，包括基本的读/写、integer和控制操作。从而避免了内存、I/O等方面的系统差异的大多数影响。

嵌入式微处理器基准评测协会（EMBC）是一个具有广泛行业代表性的组织：英特尔、德州仪器、ARM、Realtek和诺基亚是其中一些比较著名的成员。

既然我们已经了解了这些，为了更好地评估Micro Magic的说法，下一步就是运行我们自己的一些CoreMark基准测试。这里我们所需要做的就是克隆它的GitHub存储库，然后发出make 命令-XCFLAGS=“-DMULTITHREAD=8-DUSE_FORK=1” 如果要一次在多个线程/内核上进行测试，则可以选择带参数。

用来比较测试的设备是手头现有的一台苹果M1 Mac Mini，以及一台配备Ryzen 7 4700u的宏碁Swift 3。获得原始性能分数比获得真正可比的功率要容易得多。在Ryzen的Linux系统上，我使用实用的turbostat在测试运行时获取Core和Package电源读数。

对于Apple M1，我无法使用像turbostat这样精细的数据，所以对于该平台，我选择了整个系统的电量消耗，只是简单地从测试时的持续读数中减去了桌面空闲时的读数。这是非常粗糙的，并且我提醒读者不要太依赖于仅从这些数字上比较M1和Swift 3的效率——但是对于Micro Magic的新型RISC-VCPU来说，这已经足够好了。

目前，Micro Magic CPU是单核的，尽管Huang表示可以“轻松”构建25核。Micro Magic提供了3GHz、4.25 GHz和5 GHz时的性能数据。在最高能效的3GHz时钟频率下，Micro Magic CPU的得分大约是Ryzen 4700u或Apple M1的CoreMark的四分之一。以最高性能的5GHz，性能超越了两个对比设备的3分之一。

这足以让我们知道，Micro Magic芯片目前的形式并不是手机或笔记本用例中传统的ARM和x86 CPU巨头的竞争对手，但它已经超越此前的RISC-V。在3GHz的高效时钟频率下，Micro Magic CPU的速度几乎是SiFive的Freedom U540 CPU单线程运行速度的三倍。在5GHz的频率下，它超过了SiFive的四核心方案。

Odroid板上MicroMagic CPU，在10秒内获得8200iterations/秒。连接到板上的万用表的读数是69mm——根据Micro Magic的说法，这是在运行期间进行的测量，而不是在之后的空闲时间。

大约只有世界级x86和ARM移动处理器的四分之一的性能，Micro Magic CPU听起来没什么大不了。但当我们把能源效率考虑在内时，事情就变得疯狂起来。在生成上述图表时，我在Ryzen 4700U上使用了核心电源（而不是总封装电源），并在Gnome3台式机关闭的情况下进行了测试。对于Apple，我只能访问整个系统的功耗，因此我从“被测”功耗中减去了“桌面空闲”功耗。

在检查电源效率时，我测试了单线程和多线程的Apple和AMD CPU。毫不奇怪，当每个可用CPU线程使用一个工作线程时，这两个部件每瓦产生的性能都会更高。这些都没有对Micro Magic的能耗领先地位产生太大影响。

在4.25GHz的频率下，MicroMagic可以用不到三分之一的功率完成Ryzen 4700U相同的工作负载。在3GHz时，这个数字骤降到所需电量的八分之一以下。

Linux操作系统已经支持RISC-V架构——所以对于那些仅仅需要提供良好性能和极高的功耗效率的headless或接近headless的控制器来说，Micro Magic的新CPU很可能已经达到了这一目标。当然，一旦你开始谈论整个消费者友好型系统，事情就变得相当复杂了。即使不考虑GPU和LTE调制解调器等硬件因素，基于非arm架构打造一款完整的Android手机也可能是一项复杂的工程。

话虽如此，值得一提的是， Micro Magic的性能已经超过了一些手机的CPU。即使在它所述的频率下——第一个3GHz频率，Micro Magic CPU超过高通骁龙820。骁龙820不再是世界级的了，但它也绝不是弱鸡，它是三星Galaxy S7美国版的处理器。

如果我们使用EMBC发布的骁龙820单核评分和Anandtech的单核CPU功率测试结果，我们得到大约16000 CoreMark每瓦。这是Ryzen 4700u单线程运行效率的三倍，Ryzen在运行最佳多线程工作负载时略好一些。

换句话说，Micro Magic的原型CPU比一个相当现代但仍然功能强大的智能手机CPU速度快得多，能耗表现也优异的多。

结论

所有这些听起来都非常令人兴奋——Micro Magic的新原型机使用Linux已经在其上运行的指令集，在很小的功率前提下就能提供稳定的智能手机级别的性能。此外，这家公司并不是一个无名小卒。

Micro Magic成立于1995年，以2.6亿美元的价格出售给Juniper Networks，并于2004年以原始创始人的名字重生。创始人Mark Santoro和Lee Tavrow最初在Sun Microsystems工作，并领导了开发300MHz SPARC微处理器的团队。Huang补充：“Santoro也在苹果公司工作过。”

Micro Magic打算使用IP许可模式向客户提供新的RISC-V设计。RISC-V只需要当下Arm架构中十分之一的操作码——进一步简化了设计问题，因为RISC-V CPU设计可以在航天飞机中运行，与其他设计共享晶圆上的空间。

话虽如此，这将是一项巨大的工程——例如，将一个完整的智能手机生态系统，比如商用Android，转变为一个新的架构。除了构建操作系统本身（不仅仅是内核，还有用于GPU、Wi-Fi、LTE调制解调器等所有硬件的驱动程序），更多第三方应用程序开发商也需要为新的架构重新编译他们自己的应用程序。

我们仍然接受Micro Magic的价值。虽然我们看到了一个8200 CoreMark评分的屏幕截图，以及69mW的电量读数，但我们并不完全清楚这个电量读数是否代表了整个基准测试运行。

不过，这仍然是一个令人兴奋的进展。新设计不仅表现良好，而且大大打破了功耗记录，而且在生态上比竞争对手开放得多。与x86、ARM甚至MIPS不同的是，RISC-V是开放的，并在免版税的许可下提供。
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