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歐盟發力用于HPC的RISC-V芯片
來源:半導體行業觀察
該項目突出了Rhea通用處理器從ARM向RISC-V的轉變、RISC-V加速器概念驗證和用于汽車應用的嵌入式高性能微控制器。
該項目有來自10個歐洲國家的28個合作伙伴，旨在使歐盟在高性能計算（HPC）芯片技術方面實現獨立。
第一階段SGA1的成功完成，為該項目的第二部分鋪平了道路，該項目將于2022年1月啟動。
通用處理器(GPP)的初始設計稱為Rhea，在Linley會議上描述了72個ARMZeus處理器。
法國超級計算機制造商Atos是通用處理器(GPP)流的主要合作伙伴，與SiPearl合作。他們定義了Rhea的架構規范，它現在有29個內核，使用RISC-V開放指令集架構，并且在仿真中處于RTL級別，而不是在硅中實現。該設計旨在用于2023年的超級計算機設計。
該項目表示：“憑借29個RISC-V內核，SiPearl用于設計Rhea的ArmNeoverseV1架構將為HPC應用程序提供有效、可擴展和可定制的解決方案?！薄凹軜嫑Q策是遵循協同設計方法并通過分析高級知識產權(IP)塊的性能而做出的。
SiPearl還優化了可擴展的片上網絡(NoC)，以實現內核、加速器、輸入/輸出(IO)和共享內存資源之間的高頻、高帶寬數據傳輸?！?br/>
“我們為利用歐洲大學和行業領導者獨家構建和部署的尖端技術和IP成功設計強大的GPP感到自豪。我們有信心，我們很快就會證明這個GPP在實現歐洲百億億級計算機器方面的重要作用，這是世界期待的HPC領域的下一個突破，”Atos的Stream負責人EmmanuelEgo說。
“隨著Rhea處理器的發布，我們都將為確保歐洲在HPC應用（例如個性化醫療、氣候建模和能源管理）方面的主權做出貢獻?！报CSiPearl的創始人兼首席執行官PhilippeNotton說。
就GPP性能而言，內存控制器是最關鍵的IP之一。為了幫助評估架構選擇，CEA開發了一個帶有特定儀器的完整仿真平臺，用于分析驅動高帶寬HBM2E存儲器的控制器效率。由于對所有內存命令和數據進行解碼和跟蹤，該平臺允許對內存設備接口進行有效分析。HBM2E子系統使用針對不同流量形狀的多個隨機和指令模式進行仿真，并涉及所有控制器功能以保持HBM2E效率。
該流還設計了許多最先進的嵌入式安全功能和關鍵技術。其中包括由ProvenRun開發的獨立安全管理系統(SMS)安全IP，為HPC和邊緣處理器提供高級、通用標準認證的主權安全IP。
比薩大學貢獻了一組加密IP，稱為“CryptoTile”，由SiPearl集成到RheaGPP中。這為硬件安全模塊提供了針對高端對稱（具有九種密碼模式的AES）、非對稱（ECC、ECDSA、ECIES、ECDH）和散列(SHA2/SHA3)加密的完整安全服務，提供了幾個數量級的吞吐量增加并且與軟件解決方案相比降低了能源成本。
CryptoTile還包括安全密鑰存儲和安全IP配置、側信道攻擊保護、片上真隨機數生成(TRNG)、Linux內核驅動程序支持、最大安全級別的極端密鑰長度和高速en(de)得益于面向DMA和Arm或RISC-V可編程內核的基于AXI4的接口，從而提高了加密吞吐量。由于CrystalsKyber和Dilithium等Lattice算法的實時實現，還提供了后量子加密支持。
歐洲處理器加速器(EPAC)測試芯片概念驗證使用開源指令集架構(ISA)確保不受專有許可和出口限制的影響，有助于擴展RISC-V生態系統并添加到LLVM編譯器數據庫。
EPAC系統和FPGA軟件開發工具充分利用Linux操作系統，并為社區提供補丁、設備驅動程序以及OpenMP和MPI等流行開源HPC軟件包的附加功能。此外，STX（模板/張量加速器）等硬件部分是使用圍繞PULP平臺獲得許可的開源方法開發的。
“EPI中的加速器流有力地證明了RISC-V矢量方法具有改變高性能計算領域的潛力，歐洲設計的架構能夠在低能耗預算下提供高性能，”StreamLeaderJesúsLabarta評論道（巴塞羅那超級計算中心）。“這項工作還體現了歐洲開放科學與合作的傳統。歐洲各地的合作伙伴聯手創造了任何單一組織都無法單獨實現的目標。通過與開源技術和項目合作，EPAC流幫助擴展了RISC-V生態系統，使這項技術在未來越來越多的應用程序中可行?！?br/>
由BSC和UNIZG設計的EPAC矢量處理單元(VPU)表明，使用RISC-V長矢量架構進行高性能計算是一種可行的方法，在低能耗預算下提供高性能，并且可以將來擴大規模。
矢量單元由Semidynamics的矢量專用AvispadoRISC-V內核和用于節能處理的GazzillionMisses技術驅動。
由蘇黎世聯邦理工學院和弗勞恩霍夫設計的專用且靈活的基于RISC-V的眾核模板和張量加速器(STX)，利用模板處理單元為機器學習和模板工作負載提供卓越的能效和可編程性。
同時，由CEA設計的可變精度加速器(VRP)提高了科學高性能計算應用（如多物理場仿真）的效率和可靠性。
EPAC測試芯片還包括由FORTH和CHALMERS設計的多個分布式共享L2緩存和一致性家庭節點(L2HN)，針對矢量處理單元的高帶寬要求進行了優化，同時提供了有助于多-核心可編程性。
所有處理單元和共享的L2HN組都通過高速NoC以模塊化方式連接，允許系統擴展。該測試芯片還包括先進的SERDES技術，可實現超高帶寬的片外和跨芯片通信。NoC和SERDES均由Extoll設計。
用于測試EPAC測試芯片的PCB（子板）是由E4ComputerEngineering設計和開發的。
在汽車微控制器領導者英飛凌的協調下，AutomotiveStream為可上路的自動駕駛汽車鋪平了道路，這要歸功于創新嵌入式高性能計算(eHPC)平臺和相關軟件開發套件(SDK)的概念驗證.該平臺與小型化的、為汽車量身定制的通用處理器相結合，以具有成本效益、經濟可行和功能安全的方式滿足未來汽車對計算能力日益增長的需求。
“總的來說，這些成就證明了合作、協同作用和團隊精神，這些都是汽車行業研究工作的特點”，StreamLeaderKnutHufeld（英飛凌）說?！皯{借其專注于具有成本效益、安全和經過認證的汽車解決方案，它可以被視為歐洲處理器在HPC領域整體盈利的驅動帶?！?br/>
主要成就在一輛獲得道路批準的BMWX5汽車上展示，展示了開創性eHPC微控制器單元(eHPCMCU)的概念驗證，該單元集成在一個專門設計的靈活模塊化計算平臺(MCP)中，以及多個EPI技術IP。進行了大量試駕以收集數據并評估涉及自動駕駛參數的測試場景。
除其他功能外，該平臺還包括支持AI的集成攝像頭和Elektrobit雷達成像分析軟件，并為在系統中使用EPI加速器進行了集成準備。這是Stream4中16個合作伙伴密切合作的結果，旨在實現其指定合適的eHPC平臺、定義其架構和開發必要的軟件開發工具包(SDK)的目標。
英飛凌還在架構和性能方面擴展了汽車微控制器，使其可以作為主控器控制一個或多個加速器。相關方面是安全性、安全性、回退或減少應用程序的冗余，就系統級的最高汽車安全完整性等級D(ASILD)而言，這是自動駕駛應用程序所需的。
該平臺具有可擴展性和開放性，適用于未來汽車版本的EPI通用處理器、基于EPACRISC-V的加速器以及用于eHPC的Kalray大規模并行處理器陣列(MPPA)加速器tile（作為IP開發）的插槽。
測試運行表明，EPI現在擁有適用于至少4級自動駕駛的特定技術。
除了硬件平臺，該流還包括開發完整的軟件生態系統，在很大程度上基于汽車軟件專家Elektrobit的軟件產品。該領域還包括汽車eHPC平臺軟件堆棧，包括針對汽車eHPCMCU的經典汽車開放操作系統架構(AUTOSAR)開發，以及針對汽車應用至關重要的HPCGPP和L4Re管理程序（虛擬化）的自適應AUTOSAR開發。
為軟件鎖步共同創建了一個特定的概念，從而有助于整體EPI安全概念。
在這個三年的初始階段之后，結果和發現將在進一步的項目中繼續進行。
“我為EPI團隊在僅僅三年的合作后取得的杰出成果感到自豪，為歐洲的技術主權鋪平了道路。盡管由于可怕的COVID-19大流行造成了前所未有的工作條件，但我們以有限的預算按時實現了目標，這給我留下了特別深刻的印象。這為下一階段的啟動及其成功交付歐洲百億億級系統的前身EUPEX（歐洲百億億級試點）和TEP（歐洲試點）項目的歐洲處理器和加速器創造了有利條件，”EPI董事會主席Monchalin(Atos)EricMonchalin(Atos)。
