RISC-V，冲进DPU赛道

半导体产业纵横

08/29

本文由半导体产业纵横（ID：ICVIEWS）编译自semiwikiRISC-V在DPU领域的崛起，为重塑行业竞争格局创造了难得契机。数据中心通常被认为是CPU和 GPU之间的较量。但在这些备受瞩目的竞争背后，另一场静悄悄的革命正在上演：ARM 悄然取代了英特尔和 AMD 在数据处理单元 (DPU) 市场的份额。DPU（也称为 SmartNIC）负责数据中心的“管道”。它们通过管理数据包处理、TCP...

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设计，例如OpenTitan。这些与 DPU 的角色天然相关。同时，地缘政治因素也有利于多元化：尤其是中国正在加速自主采用 RISC-V，而 DPU 正是那种主权至关重要的基础设施组件。市场扩张、ARM 的锁定以及超大规模者对架构替代方案的渴望为 RISC-V 进入 DPU 奠定了基础。RISC-V 在 DPU 中的机会与ARM 不同，RISC-V 提供开放式 ISA，企业可以根据其具体工作负载进行定制。这对于集成了各种功能模块的 DPU 尤其重要。用于数据包流的网络引擎、用于压缩和NVMe-oF 的存储加速器、用于隔离的安全模块以及用于编排的控制平面 CPU。RISC-V 允许供应商使用自定义指令来适应这些角色，而无需依赖 ARM 的固定路线图。如今的DPU通常使用ARM Cortex-A内核集群（范围从Cortex-A53到A72）来处理控制平面和轻量级计算功能。一些 RISC-V 供应商（例如 Akeana）支持每核最多四线程的同步多线程 (SMT)（Electronics360，2024），从而提高了高内存或 I/O 延迟工作负载（例如网络和数据包处理）的吞吐量和利用率。最新的 RISC-V 矢量扩展可以自然地映射到数据包处理、加密和存储加速。新兴的矩阵扩展将可编程性扩展到AI 推理和安全领域。初创公司 Simplex Micro 的架构在一个时间调度框架内集成了标量、矢量和矩阵执行，利用 RISC-V 的可扩展性，在各种 AI 和 HPC 工作负载中提供确定性的性能。最后，RISC-V 避免了 ARM 的专利费，同时保持了与 Linux、TensorFlow 和 PyTorch 等开源堆栈的兼容性。了解RISC-V 的标量到矩阵路线图这一刻之所以引人注目，不仅仅是因为又一家IP 供应商的宣传，更在于 RISC-V 本身的发展方式。该ISA 最初致力于标量计算——为微控制器、嵌入式系统和支持 Linux 的简单处理器提供小型、高效的内核。在过去几年中，RISC-V 稳步增加了矢量扩展，实现了数据并行加速，并自然地映射到网络、存储和加密工作负载上。最近，其路线图已扩展到包含矩阵扩展，旨在将 AI 推理和其他矩阵数学密集型任务纳入同一 ISA 框架。这种从标量到矢量再到矩阵的演进，反映了DPU的性能要求。DPU必须处理标量控制平面逻辑、可矢量化的数据包和加密流，以及日益面向矩阵的遥测和安全推理任务。换句话说，RISC-V路线图为真正可编程的DPU提供了完整的要素集。目前，已有多家公司正在努力实现这一愿景。Akeana凭借其支持SMT 的设计和 AI 矩阵计算引擎，成为率先将 RISC-V 直接应用于数据中心级计算的公司之一。Ventana Micro Systems正在构建服务器级RISC-V 处理器，该处理器拥有从标量到矢量工作负载的清晰路径，以满足超大规模计算的需求。欧洲的SemiDynamics专注于为数据密集型和以AI 为中心的应用量身定制的可配置矢量核心。SiFive重点推出了支持Linux 和矢量的 RISC-V 内核，旨在满足 HPC 和基础设施的需求。晶心科技已扩展其内核，使其具备矢量和DSP功能，以实现嵌入式加速。Simplex Micro 正在开发一种统一的标量/矢量/矩阵架构，并配备可编程扩展功能，旨在覆盖从边缘到数据中心级的基础设施解决方案。在研究层面，中国的“香山”已在同一个架构下进行标量和矢量统一的实验。跨越式发展还是强化ARM？问题不仅仅在于RISC-V 能否取代 ARM，还在于它能否扩展 DPU 的定义本身。ARM 目前在 DPU 领域的主导地位依赖于标量核心加上固定加速器。RISC-V 通过将标量、矢量和矩阵可编程性融合到一个平台中，提供了一条跨越式发展的途径。这不一定以牺牲 ARM 为代价——事实上，ARM 甚至可以采用 RISC-V 矢量和矩阵扩展来巩固其自身的 DPU 地位。对于更广泛的行业而言，RISC-V 在 DPU 领域的崛起提供了一个难得的机会来重塑竞争格局。企业不再受ARM 许可模式的限制，而是可以根据自身需求调整架构。这对于希望优化功耗、性能和自主权的超大规模计算企业来说尤其重要。RISC-V 还避免了垄断局面：与其由单一供应商主导路线图，不如建立一个开放的生态系统，从而培育多条发展路径。借助RISC-V，像高通或任何主要供应商这样的公司都将占据主导地位——能够设计针对其 DPU 架构优化的独特定制 CPU，而无需依赖 ARM 的许可条款和路线图。随着 DPU 成为数据中心基础设施的核心，这种独立性可能成为关键的差异化因素。时机已到。AI 驱动的数据中心架构正在蓬勃发展，DPU 不再仅仅用于网络，而是用于协调计算、存储和 AI 流程。在这个世界中，结合标量、矢量和矩阵可编程性的 DPU 看起来比仅集成标量 ARM 内核和固定功能引擎的 DPU 更具吸引力。正如ARM 发现并利用 DPU 的机会超越英特尔和 AMD 一样，RISC-V 现在提供了重新定义这一类别的机会。供应商无需在GPU 领域与 NVIDIA 正面交锋，也无需试图重振 CPU，而是可以借助可编程的 DPU 平台实现跨越式发展，该平台可以重塑数据中心基础设施。这将是一个东山再起的故事——不是重复旧的战斗，而是开辟新的战线。无论它能否取代ARM 或 x86，业界常常将RISC-V 描述为 CPU 领域的一个故事。然而，更具颠覆性的机会可能在于数据中心的控制平面。ARM 打造了英特尔和 AMD 从未预料到的 DPU 专营权，而现在 RISC-V 有机会凭借矢量和矩阵可编程性重新定义这一类别。最终，ARM 和 RISC-V 可能会在 DPU 领域共存：ARM 保持其主导地位，而 RISC-V 则提供开放、可定制的替代方案。随着市场的成熟，这将为供应商和超大规模计算提供商提供更多架构选择。*声明：本文系原作者创作。文章内容系其个人观点，我方转载仅为分享与讨论，不代表我方赞成或认同，如有异议，请联系后台。","kind":"news","is_publish_news":true,"is_publish_highlight":false,"is_publish_live":false,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":0,"need_auth":false,"code":"91000000","status":"200"}}}