不久前，我們剛對RISC-V的GPU生態(tài)進行了分析，也談及了目前的進展。雖然仍處于起跑狀態(tài)，但越來越多的人開始意識到GPU是RISC-V的一塊短板，并決心打破這個僵局。畢竟GPU憑借圖形處理器能力以及在AI/ML應(yīng)用上得天獨厚的優(yōu)勢，已經(jīng)讓其在部分領(lǐng)域擁有了超越CPU的趨勢。

而RISC-V想要在消費電子領(lǐng)域進入下一個階段，比如智能手機和個人電腦等，GPU是不得不跨過的難關(guān)。不過對Arm來說，通用GPU都還沒能做到高性能，即便是蘋果的M1系列芯片，也只是靠著媒體處理引擎和堆核心數(shù)提升一定性能而已。要想推動RISC-V的GPU生態(tài)發(fā)展，單靠廠商、院校與研究機構(gòu)還不夠，RISC-V作為開源架構(gòu)，也得利用好來自開源社區(qū)的力量。

RISC-V GPU再迎新玩家

近日，一個開源RISC-V項目引起了大家的注意，那就是VeriGPU。作者是來自人工智能呼叫中心自動化公司ASAPP的一名研究工程師Hugh Perkins。由于作者選用了Verilog這種硬件描述語言，想必這也是該項目名的來由了。

Hugh是一個資深的開發(fā)者了，擁有多年的機器學習和Python開發(fā)經(jīng)驗，從劍橋大學畢業(yè)的他選擇了來到中國繼續(xù)深造，最終在清華大學獲得了CS碩士學位。然而，在這個新項目上，他選擇了打造一款開源RISC-V GPU，專門面向機器學習，并計劃讓其支持PyTorch深度學習框架。

VeriGPU核心架構(gòu) / VeriGPU

為了兼容PyTorch，VeriGPU計劃利用去年剛獲得PyTorch官方支持的AMD HIP API，但VeriGPU也不排斥其他API，比如SYCL和英偉達的CUDA等。為了確保GPU核心專注于機器學習，VeriGPU像谷歌的TPU芯片一樣，全部選用了BF16浮點格式，如此一來也可以降低GPU核心裸片的面積，從而減少單個核心的成本。

而且VeriGPU也不打算采用亂序執(zhí)行，不僅是因為亂序執(zhí)行在單指令多線程（SIMT）下的復雜性，也因為這會使得GPU核心占用更多的面積，要么只能減少核心數(shù)量，要么就只能接受成本的增加了，所以VeriGPU還是選擇了輕量級的并行指令執(zhí)行。

值得一提的是，雖然是一款RISC-V GPU，VeriGPU內(nèi)部的GPU核心架構(gòu)并不算完全遵守RISC-V ISA。Hugh表示當RISC-V與GPU設(shè)計出現(xiàn)沖突時，會選擇打破RISC-V的規(guī)范。這種情況會出現(xiàn)也不奇怪，畢竟RISC-V的擴展還在完善中，難以估計到所有用例。

開源下的流片問題

既然選用了Verilog，是否可以在FPGA實現(xiàn)原型，并利用FPGA已有的資源加速開發(fā)過程，并完成最終的流片呢？但我們在上文也提到了，這并非一個通用GPU，而是專門針對機器學習的GPU，作者也表示目標是ASIC流片。

更何況FPGA完成流片本身成本也不低，而且目前來看，若將FPGA只是用于訓練機器學習模型的話，在成本效益上不算優(yōu)秀。Hugh表示，他并不打算自己去做流片，但他會盡力驗證流片后的GPU是否時序無誤可以正常運作等等。

考慮到如果是個人開發(fā)的話，流片成本確實不可小覷，如果沒有公司、學校或研究機構(gòu)的支持，一人完成流片可謂難于登天，至少大晶圓廠們通常不會浪費這個時間。這或許也是Hugh不選擇自己流片的原因，但開源項目的好處就在于，VeriGPU的流片工作可以交給那些愿意一試的參與者。

但開源項目的流片也并非總是如此困難，至少他們現(xiàn)在多出了新的選擇。在谷歌的出資下，SkyWater晶圓代工廠和眾包設(shè)計平臺Efabless推出了多項目晶圓（MPW）穿梭機項目。在不久前的芯片聯(lián)盟（ChipAlliance）半年度技術(shù)更新上，谷歌分享了該項目去年的進展。

去年MPW項目進行了3次項目征集，總提交設(shè)計數(shù)達到了200個以上，谷歌計劃今年繼續(xù)支持更多的設(shè)計，所以如果開源芯片開發(fā)者打算拿到自己設(shè)計的芯片，一定不要錯過這個“白嫖”谷歌的機會。

MPW穿梭機項目的進展 / 谷歌

這一計劃的推出對于開源芯片開發(fā)者來說可謂福音了，首先提供的PDK不僅可以直接用于生產(chǎn)，而且是開源的，不需要簽署保密協(xié)議之類的合同或條約。而且在集成了部分開源工具鏈的情況下，工程師的開發(fā)流程將更加順暢。更不用說最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)了，谷歌已經(jīng)為了這個項目自掏腰包，所以參與該項目無需花一分錢。

但對于開源GPU的開發(fā)而言，這可能也就是他們目前能做到的最大限度了。目前市面上的GPU都會選擇較為先進的工藝，而MPW只能提供130nm的工藝，所以在性能上肯定會大打折扣。驗證自己的設(shè)計，為硬件工程師提供更多實操的機會，這才是該項目的初衷。