X-Silicon发布RISC-V新架构 实现CPU/GPU一体化

RISC-V形势一片大好，初创公司又带来创新处理器架构！

  一家总部位于圣地亚哥的初创公司X-Silicon Inc. (XSi)日前基于开源指令集RISC-V开发了一种新的RISC-V微处理器架构，它将RISC-V CPU内核、矢量功能和GPU加速功能整合到一个芯片中。据 Jon Peddie Research 报道，这种 CPU/GPU 混合芯片是开放标准的，据说还将开源，其设计目的是处理包括人工智能在内的各种不同功能，而这些功能通常是由专用 CPU 和 GPU 处理的。

  该公司新的 CPU/GPU 混合处理器被设计为 "万能 "处理器。据 JPR 称，业界一直在寻求一种开放标准 GPU，它具有足够的灵活性和可扩展性，能够支持虚拟现实、汽车和物联网设备等各种市场。这种新型 RISC-V CPU/GPU 旨在解决这一问题，为制造商提供可处理任何所需工作负载的单一开放式芯片设计。

  X-Silicon 的芯片与其他架构不同，其设计将 CPU 和 GPU 的功能整合到单核架构中。这与英特尔和 AMD 的典型设计不同，前者有独立的 CPU 内核和 GPU 内核。相反，内核本身就是为处理 CPU 和 GPU 任务而设计的。从这个意义上说，它听起来有点像英特尔放弃的 Larabee 项目，该项目曾试图使用 x86 处理图形和其他工作负载。

  该芯片采用 X-Silicon 的 C-GPU 架构，将 GPU 加速与 RISC-V 矢量 CPU 内核相结合。该架构有一个 RISC-V 矢量内核，带有 32 位 FPU 和 Scaler ALU。它具有线程调度器、裁剪引擎、光栅化器、纹理单元、神经引擎和像素处理器。该芯片旨在处理人工智能、高性能计算（HPC）、几何计算以及 2D 和 3D 图形等应用。

X-Silicon RISC-V C-GPU 详情(图片来源：X-Silicon） 从理论上讲，X-Silicon 的混合芯片能够在同一个内核中处理 CPU 和 GPU 代码，这为它带来了许多优势。该芯片使用开放标准的 RISC-V ISA 处理 CPU 和 GPU，运行单一指令流。由于 CPU 内存空间和 GPU 内存空间之间不需要复制数据，因此执行起来占用内存少，效率更高。

  CPU/GPU 内核可以组合成多核设计，使制造商能够根据需要扩展处理能力。在多核格式中，多个内核被平铺在一个芯片上，并使用高速结构进行连接。在这种设计中，还采用了快速片上 SRAM 或 eDRAM 高速缓存，这些高速缓存可作为二级高速缓存，汇集来自多个内核的数据。每个内核都可以根据需要安排独立于其他内核运行图形、人工智能、视频、物理、高性能计算或其他工作负载。

  通过这种设计，X-Silicon 的 C-GPU 架构可以运行任何类型的 CPU 或 GPU 工作负载。X-Silicon 声称已经拥有与“融合 GPU 加速”配合使用的 Vulkan 图形 API。这将极大地有助于其在 Android 设备上的开发和采用。

  由于新设计基于 RISC-V，任何人都可以使用该架构，而无需支付指令集版税——与 x86 和 ARM 不同。如果它按预期工作，这些芯片可能会震动微处理器行业。理论上，目前使用的标准设计并不像 X-Silicon 声称的那样灵活或强大。 尽管我们可能不需要等很长时间才能知道，但它在实践中是否和纸面上一样有效还有待观察。据报道，软件开发工具包将于今年某个时候向早期合作伙伴发布。

  X-Silicon 的低功耗、开放标准、支持 Vulkan 的 C-GPU

  X-Silicon Inc (XSi) 是一家总部位于圣地亚哥的初创公司，成立于 2022 年 3 月，X-Silicon 由前硅谷专家组建，旨在通过基于 RISC-V 矢量的统一图形计算引擎（C-GPU）彻底改变 GPU 设计，该引擎能够处理人工智能、高性能计算和 2D/3D 图形任务。其 MIMD 架构可在单核内独立执行 CPU 和 GPU 代码，从而降低内存使用率并提高性能。该公司的多核布局以快速合成器结构为特色，增强了多样化应用的数据聚合能力。在14项专利的支持下，X-Silicon力求通过近内存计算和新颖的硬件设置减少GPU延迟。X-Silicon面向AR/VR、嵌入式设备、汽车等领域，支持标准API和开放式编程，以实现快速开发。最初的知识产权销售面向原始设备制造商和超大规模企业。

  为了重塑 GPU 着色器内核，X-Silicon 表示它正在创建一个新的可扩展 RISC-V 矢量型统一计算图形引擎（C-GPU），可以高效计算传统 GPU 从未设计过的下一代工作负载。
  这些应用包括人工智能、高性能计算、视觉、几何计算以及 2D 和 3D 图形。该公司表示，其 MIMD 架构具有独特的能力，可以在同一内核中独立运行 CPU 和 GPU 代码，从而实现低内存占用执行、硬件寄存器裸机编程、高性能、低功耗运行等功能，并通过使用单一指令流的开源 RISC-V ISA CPU 和 GPU 取代传统的着色器程序。
 

X-Silicon 的单核架构(来源：X-Silicon）
  在该公司的多核设计中，多个 C-GPU 内核被平铺在一个芯片上，并使用片上快速合成器结构进行连接，该结构可将每个内核的输出动态聚合到一个公共缓冲区，即用于图形用例的帧缓冲区，或用于编解码器、视频特效处理和人工智能处理的流水线缓冲区，如下图所示。

  在这种设计中，快速片上 SRAM 或 eDRAM 高速缓存将作为 2 级高速缓存，可以聚合来自多个内核的数据。计算 RAM（C-RAM）可在内存附近完成常见操作，从而进一步降低带宽并提高性能。该公司称，每个内核都可以通过软件编程来计算图形、人工智能、视频、物理、高性能计算或其他工作负载，而不受所有其他内核的影响。

 

X-Silicon 的着色器架构（来源：X-Silicon）

  因此，工作负载可以并行或流水线方式实现，并在一个内核上同时运行，而不是在传统 GPU 上按顺序运行。X-Silicon 表示，它还可以在一个内核上运行操作系统。
  该公司声称，它还可以通过近内存计算、统一内存架构和其他新型硬件配置来加速计算，从而减少 GPU 固有的延迟。他们已为此申请了 14 项专利。

  动画行业专家、前迪斯尼/Applied Minds/Giant AI 公司的 Eric Powers 评论说："几十年来，高端动画和特效一直无法改用 GPU 制作最终图像。专业渲染流水线软件的巨大复杂性和规模，加上专用 GPU 设计所带来的跨越内存和平台障碍的巨大成本，根本无法在我们最先进的技术中大规模采用 GPU。像X-Silicon的C-GPU架构这样能让HPC开发人员就地获得直接硬件加速的集成设计，是我们跨越这一界限的唯一未来。

  X-Silicon的C-GPU为希望控制其计算和GPU命运的原始设备制造商提供了新的新兴用例的市场机会。它允许新的应用程序接口（包括定制应用程序接口）和为应用定制的生态系统，而不是引导一个应用程序接口去完成它从未想过要完成的任务。它不再要求原始设备制造商和生产商屈从于五大供应商，因为它们的生态系统停滞不前。

  X-Silicon的C-GPU为希望控制其计算和GPU命运的原始设备制造商提供了新的新兴用例的市场机会。它允许新的应用程序接口（包括定制应用程序接口）和为应用定制的生态系统，而不是引导应用程序接口去完成它从未想过要完成的任务。它不再要求原始设备制造商和生产商屈从于五大供应商，因为它们的生态系统停滞不前。该公司认为，其市场机会在于新兴市场，如电池寿命更长的娱乐和企业 AR/VR、有显示需求的智能嵌入式设备、需要可预测专用处理的低成本汽车显示器和模块、可穿戴设备、定制动画处理等。

  该公司计划支持直接硬件和像素访问，因此对于低内存应用，不需要笨重的驱动程序。该公司表示，X-Silicon 采用开放标准和自己的开放编程模型，这将有助于快速、轻松地开发新的应用案例，并改进现有产品。当然，X-Silicon 还计划支持传统软件生态系统中的各种 API，包括 OpenGL ES、Vulkan、Mesa 和 OpenCL，但该公司还将提供一个硬件抽象层（HAL），允许其他人直接访问以优化开源或创建自己的驱动程序和自定义 API。这一点尤其有趣，因为该架构支持新兴技术，包括传统架构不支持的新渲染模型，如神经辐射场（NeRF）和非三角形基元。
 

X-Silicon 的单核概念(资料来源：X-Silicon） 该公司计划首先向原始设备制造商、超大规模生产商和其他系统集成商销售IP。首款芯片的上市日期尚未确定。

  X-Silicon将CPU和GPU（C-GPU）集成到一个ISA和一个开放的图形操作系统（GOS）平台上，这将对下一代图形渲染的整体软件开发、支持和维护产生深远影响。这将使未来图形技术进入一个激动人心的创新时代，为新兴和传统细分市场提供一种新的图形算法、性能、功耗、灵活性和成本的解决方案。这种方法颠覆了图形世界，将原始设备制造商从传统 GPU 供应商提供的带有复杂 API 和昂贵传统支持的黑盒驱动程序中解放出来。

  传统的 GPU SIMD 架构受制于主机 CPU、操作系统和图形服务，限制了创新，并有助于维护现有厂商对市场的控制。新兴的小型垂直市场往往得不到这些传统图形供应商的服务，它们可以开发和支持引人注目的图形解决方案，并在产品生命周期内进行升级和维护。使用新显示技术、新格式和使用范例（VR/AR、360、深度、立体、多平面全息）的下一代产品往往需要新的渲染方法。新的开发和部署模式也需要像本产品这样可从边缘扩展到云的一致架构。X-Silicon 不仅仅是传统 GPU 供应商的开源替代方案，它还准备提供一个全新的技术图形处理框架，该框架融入了最新的人工智能技术，并超越了基于三角形的渲染技术，为创新提供了一个自本世纪初移动设备引入 3D 图形技术以来从未有过的平台。

审核编辑：黄飞