Čínská Alibaba vyvinula vlastní procesor architektury RISC-V. Je zatím nejvýkonnější

Všechny fotografie

Potíže koncernu Huawei a schopnosti americké vlády odstřihnout čínské firmy od různých kritických technologií díky tomu, jak mnoho technologických firem spadá pod jurisdikci USA, zřejmě povede k tomu, že budou tamní společnosti hledat alternativy nejen pro ekosystém x86, ale i k architektuře ARM. Zdá se, že by toto mohlo nakopnout zájem o zadarmo dostupnou open-source architekturu RISC-V. Čínský internetový obr Alibaba teď totiž oznámil vlastní procesor, který používá právě jádra RISC-V a dokonce by mělo jít o vůbec nejvýkonnější CPU této architektury, jaký se zatím objevil.

Xuantie 910

Na Alibaba Cloud Summitu oznámila společnost návrh procesoru, či možná lépe řečeno CPU jádra Xuantie 910 (XT 910; v jiných zdrojích také Xuan Tie 910), který by mohl jednou pohánět aplikace strojového učení, samořídící auta, tzv. edge servery, 5G sítě i zařízení internetu věcí (jak podotýká The Register, který o věci informuje, jde o tak trochu copy-paste seznam růstových nových trhů používaný pro marketing lecčeho, takže toto zaměření asi není třeba brát úplně doslova). Podle firmy bude architektura CPU jader Xuantie 910 použitelná ve spektru různých čipů – standardních procesorů, úsporných SoC, ale i mikrořadičích.

Jádro Xuantie 910 je 64bitová architektura s instrukční sadou RV64GCV. Přípony znamenají, že jsou kromě základní sady (RV64I) součástí ještě instrukce pro násobení a dělení celočíselných hodnot (u RISC-V nejsou povinné po vzoru ortodoxních RISC konceptů z 80. let), FPU instrukce pro jednoduchou i dvojitou přesnost, atomické instrukce a dále 16bitové komprimované instrukce (obdoba Thumbu od ARMu) a vektorové SIMD instrukce. Kromě toho má procesor mít ještě nestandardní vlastní rozšíření pro akceleraci různých specifických funkcí. Instrukční sadu RISC-V si totiž kdokoli může upravit k obrazu svému, byť tím patrně bude vznikat fragmentace a nekompatibilita jednotlivých takto rozšířených CPU mezi sebou.

Out of order architektura srovnatelná s Cortexem-A57?

Design procesoru počítá s 16 jádry, které mají při výrobě 12nm procesem být schopné dosáhnout na takt až 2,5 GHz (což ale asi není úplně zaručené, poměrně často se stane, že v produkci nakonec křemík za frekvenčními cíli zaostane). Architektura je stavěná na zpracování tří instrukcí za takt („3-issue“) a v některých materiálech se snad hovoří o dvou přístupech do RAM za takt, což by mohlo znamenat dvě load/store jednotky, asi poprvé u RISC-V jádra. Jádro má dvanáctistupňovou pipeline, tedy už poměrně hlubokou.

Co je však nejpodstatnější, jádro zpracovává instrukce stylem out-of-order, což je kritické pro výkon. Nevýhoda je, že se tak exponuje různým s tím spojeným bezpečnostním rizikům jako jsou timing útoky Spectre. Ale to je daň, kterou všechny dospělá CPU platí a když se například SiFive chlubilo, že jeho RISC-V jádra jsou „imunní proti Spectre“ (protože jde o jednoduché in-order architektury), bylo to do značné míry dělání ctnosti z nouze.

Výkon by tedy teoreticky mohl být už celkem slušný, 3-issue by měl být třeba ARM Cortex-A57, ovšem ten má hlubší pipeline. Kvůli tomu, že ARM má o dost větší zkušenosti, lze také čekat, že Alibabě se nepodařilo hned dosáhnout podobného IPC (výkonu na jeden MHz). Do toho totiž silně promlouvá vyladění a sofistikovanost dalších komponent, jako je predikce větvení, prefetch, kvalita cache subsystému a hloubka out-of-order bufferů. A o těchto věcech nic nevíme.

Každopádně proti RISC-V jádrům dostupným v současnosti by měl Xuantie 910 být o třídu lepší, je údajně až o 40 % rychlejší než 64bitová architektura U74 od SiFive, kterou její dodavatelé vychvalují jako nejvýkonnější RISC-V jádro na světě. V CoreMarku má například dosahovat výkon 7,1 bodů na MHz proti 5,1 bodu pro U74. Nicméně tento benchmark, i když lepší než Dhrystone, je pořád dost bazální a možná moc nereflektuje architektonickou sílu pokročilejších out-of-order jader. Na druhou stranu je třeba pamatovat, že jde jen o sliby výrobce a patrně také ne benchmarky reálného hardwaru, ale jenom o simulace. Je tedy také třeba je brát s rezervou. Mimochodem, SiFive své jádro U74 charakterizuje jako konkurenci „little“ jádra ARM Cortex-A55.

Jádro by mohlo být open source

Nemá jít jen o akademickou architekturu na papíře, Alibaba má uvést i komerční implementaci. I když není úplně jasné, zda přímo fyzický čip, který by si pak nechala vyrábět v TSMC nebo čínské továrně SMIC, nebo stále jen jako IP, u kterého by čekala, až jej přetaví v plnohodnotný křemík někdo další.

Tip: Western Digital odhalil SweRV, své procesorové jádro RISC-V. Je open-source

A Alibaba by prý mohla design jádra plně nebo aspoň částečně uvolnit jako open source, což by umožnilo jeho použití dalším subjektům nebo dokonce i jednotlivým nadšencům (ti by ho mohli použít v FPGA), ale zatím ještě kód k mání není. Opensourcování Xuantie 910 by mohlo ekosystému RISC-V hodně pomoci i mimo Čínu. Ovšem zejména v této zemi motivované americkými embargy se teď pro architekturu RISC-V spatřuje značný potenciál.

Galerie: Procesor Hygon Dhyana (čínské x86 CPU s licenčními jádry AMD Zen)

Všechny fotografie