拡張可能でエネルギー効率の高いRISC-V CPUを開発する欧州プロジェクト

Agam Shah オリジナル記事

欧州の研究者の中には、x86やArmに対抗するためにオープンソースのRISC-Vコアを開発している者がいるが、わずか800万ユーロの資金に頼っている。

今年ドイツのハンブルグで開催された国際スーパーコンピューティング会議（ISC）で、野心的なe-Processor・プロジェクトの詳細が発表された。この会議は、汎ヨーロッパ的なハイパフォーマンス・コンピューティング・プロジェクトのショーケースである。

このプロジェクトの目標は、基本的なコンピューティング・デバイスや高性能システムを構築するヨーロッパの組織向けに、シングルコアやマルチコアのRISC-Vコアを含むビルディング・ブロックを開発することだ。研究者たちは、RISC-V CPUに追加できるAIコアなどのモジュールも開発している。

研究者たちは、OSを含む完全なオープンソースソフトウェアスタックでチップ設計を仕上げている。システム・ビルダーは、コストを最小限に抑えながら、RISC-Vシステムを構築するためのフルスタックを手に入れることができる。

多くの研究者がRISC-Vコアを作っているが、e-Processorは野心的なものだ。EUから400万ユーロを拠出し、800万ユーロの資金で運営されている。ハードウェアとソフトウェアの両方を開発するファブレス・チップ設計者が行っている作業と似ているが、最先端のメモリー技術やスループット技術は使用していない。

ISC2023で発表されたe-Processorのポスター（全文はこちら）

「このプロジェクトは、RISC-VオープンソースハードウェアISAに基づくプロセッサ設計、アプリケーション、および既存の知的財産を拡張するシステムソフトウェアと、従来のアプリケーション領域と新たなアプリケーション領域の両方で、将来のHPCシステムのビルディングブロックとして使用できる新しいIPを組み合わせた野心的なものです」と、研究者たちはISCで発表されたポスターに書いている。

このプロジェクトの目標のひとつは、「幅広い縮小精度と混合精度（1、2、4、8ビット）を同時にサポートする演算ユニットを開発し、MLトレーニング用の縮小精度浮動小数点の新しいフォーマット（8ビットと16ビットのbfloat）を探求することでMLアクセラレータの最先端技術を進歩させること」である。

このプロジェクトの最終期限は2024年で、フリー・ライセンスの命令セット・アーキテクチャであるRISC-Vの低コスト特性に依存している。e-Processorの “e “は、拡張性とエネルギー効率を意味する。

RISC-Vはモジュール式アーキテクチャで、ベースとなる命令は100未満である。AIアクセラレーターやFPGAなどのカスタムコアは、レゴブロックのようにベースISAに追加することができる。eProcessorは、CPU、アクセラレーター・モジュール、インターフェイスを作成している。

モジュール式のRISC-V設計は、統合に依存する商用チップのライバルと比較して強みだと考えられている。企業は、不要な処理コアを搭載したメガチップに頼るのではなく、必要なアクセラレーターだけを選択してカスタムチップを作ることができる。

スーパーコンピューティング向けの統合チップについては、さまざまな見方がある。AMDはCPUとGPUを同社のMI300Aシリコン（次期米スーパーコンピュータ「El Capitan」のエンジン）に統合したが、インテルはCPUとGPUをスーパーコンピューティング用チップに統合する計画を撤回し、スーパーコンピューティング用GPU製品はディスクリートにとどめる方針だ。

8月に予定されている最初のeProcessorのテープアウトは、エッジデバイスやマイクロサーバーをターゲットとしたシングルコアチップとなる。高性能コンピューティング機器向けのマルチコアチップ（デュアルコアまたはクアッドコア）は、2024年のプロジェクト終了までにテープアウトされる予定だ。

「我々はコアを実装するだけでなく、フルスタックを提供します。ベンチマークだけでなく、実際のアプリケーションで評価するために、オペレーティングシステムやネットワーク、アプリケーションを移植する予定です」と、プロジェクトの普及リーダーであるヤニス・パパエフスタチオウ氏はHPCwireに語っている。

「そして、そのすべてが非商業的利用のためにオープンです」と彼は付け加えた。「すべてがオープンソースになるわけではありませんが、ハードウェアとソフトウェアの両方にオープンソースのコンポーネントがあるでしょう。」

設計自体には、最新のインテル、AMD、Armチップに見られる機能は含まれていない。設計者は、GlobalFoundries社の22nmプロセスで、最大2GHzの周波数とDDR4メモリを目標としている。

研究者たちは、64ビットのシングルコアおよびマルチコアのアウトオブオーダー・プロセッサとアダプティブ・キャッシュを開発している。AIアクセラレータは、混合精度ベクトル計算に焦点を当てている。

しかし、eProcessorの意図は明らかだ。ローテクで低価格のものを求める人々のためのチップなのだ。

eProcessorはEuroHPCプロジェクトの一部であり、多くの企業や大学が参加している。ヨーロッパ全土で進められているRISC-V開発のひとつである。 パートナーの1つであるバルセロナ・スーパーコンピューティング・センターは、ベクトル計算とチップのHPCサイドに注力している。フランスのコルタス社は、プロセッサコアの設計の一部を担当している。その他、ローマ大学、ビーレフェルト大学、タレス社、エクサプシス社、チャルマース社、エクストール社などが参加している。

eProcessor以外にも、欧州ではRISC-Vチップを開発するための断片的なイニシアチブが数多く存在する。バルセロナ・スーパーコンピューティングはRISC-V CPUを製造しており、欧州プロセッサー・イニシアティブ（EPI）はベクトル・プロセッサーを搭載したEPACと呼ばれる高性能アクセラレーターを開発している。EUは、RISC-Vハードウェアとソフトウェアを作るために2億7000万ユーロの資金を提供している。eProcessorは、ベクトルアクセラレータやL2キャッシュなどのEPI IPを使用している。

ISCで発表された欧州のもう一つの興味深いRISC-VプロジェクトはExCALIBURと呼ばれるもので、多様なRISC-Vボードとソフトウェアを集め、顧客がアプリケーションをテストできるようにしたものだ。このテストベッドは、AlibabaやSiFiveなどの物理チップや、FPGA上でテストできるソフトコアなど、最高のRISC-Vを提供している。ユーザーは、エジンバラ大学がホストするプロジェクトのウェブサイトからアクセスを申し込むことができる。

ISC2023で発表されたエクスカリバーのポスター 全景はこちら

ティファニー・トレーダーが本記事を寄稿した。