Nvidia атакует процессорами, Китай отвечает RISC-V. Четвертое глубокое наблюдение за полупроводниками

На этой неделе из Nvidia пришли не самые громкие, но значимые новости: новый процессор Vera для AI-датацентров следующего поколения уже в августе будет доступен для заказа китайскими клиентами. Цена за чип значительно превышает 20 тысяч долларов, а целый шкаф с 256 чипами стоит около миллиона долларов. По сообщениям, одна крупная китайская облачная компания уже планирует заказать более 300 двухпроцессорных серверов, каждый с двумя CPU Vera, чтобы сначала протестировать их в зарубежных дата-центрах, прежде чем принимать окончательное решение о заказе.

Vera — это первый независимый CPU, выпущенный Nvidia в марте этого года и специально разработанный для агентов ИИ, основанный на технологии Arm. Он уже запущен в массовое производство и, как утверждается, работает в 1,8 раза быстрее, чем аналогичные процессоры конкурентов. Генеральный директор Nvidia Дженсен Хуанг сам признал, что из-за экспортного контроля передовых чипов и других факторов доля компании на китайском рынке значительно сократилась. На этом фоне предложение Vera китайским клиентам — это как коммерческий шаг, так и попытка перераздать карты на почти обнуленном игровом столе. Ожидания Nvidia по выручке от продуктовой линейки Vera в текущем финансовом году составляют 20 миллиардов долларов.

Но если прочитать эту новость с китайской стороны, можно уловить другой смысл. CPU Vera по-прежнему основан на архитектуре Arm. Его цепочка поставок, долгосрочная стабильность снабжения и право на ценовые переговоры — все это находится в чужих руках.

В то время как китайская инфраструктура ИИ с беспрецедентным аппетитом поглощает вычислительные мощности, должен ли CPU-уровень обязательно делать ставку на архитектуру Arm? Помимо двух зрелых, почти монопольных платформ — x86 и Arm, есть ли другая гонка, которая сможет противостоять притяжению Arm и выдержать вес высокопроизводительных вычислений?

В моих недавних поездках по городам региона Янцзы я неоднократно слышал одно и то же имя: RISC-V.

Звучит как старая песня, ведь RISC-V существует уже более десяти лет, а объемы поставок в области встроенных систем давно исчисляются десятками миллиардов чипов. Но то, что в последние год-два снова и снова выводит его на повестку дня, — это не рынок встраиваемых систем, а признаки того, что его потолок в сфере дата-центров, серверов и AI-вычислений раз за разом поднимается.

Именно на этот кажущийся старым, но на самом деле новый вопрос мы и попытаемся ответить.

Сюй Тао, председатель правления StarFive Technology, который недавно стал первым председателем Гонконгского альянса RISC-V, много лет назад предсказал, что RISC-V может поделить мир с x86 и ARM, все зависит от людей: «Лучший способ предсказать будущее — это создать его».

Таким образом, когда Nvidia стучится в дверь с Vera, остается ли у китайских самодельных CPU только один способ выжить — «бежать за Arm по пятам». Есть ли другая гонка, и куда она ведет.

«Невозможный треугольник» ждет своего разрушителя

Доктор Дай Вэйминь, основатель компании VeriSilicon, на отраслевом саммите прошлого года представил дилемму всей индустрии в виде задачи на выбор. Эту задачу позже переняли в отрасли, и она постепенно стала называться «Невозможный треугольник» CPU-индустрии.

Его три угла — это процветание, контроль и независимость.

Первый вариант: x86 — процветающий, но неконтролируемый, с самой мощной в мире экосистемой, самым полным программным обеспечением и самой высокой производительностью, но это чужая частная территория. Второй вариант: Arm — желающие контроля могут заплатить достаточно денег, чтобы получить лицензию, возможность изменять и использовать, но в основе все равно лежит архитектура, определенная другими, и говорить о настоящей независимости не приходится. Третий вариант: различные собственные системы команд, разработанные за закрытыми дверями — независимые и контролируемые, но обреченные на недостаточное процветание; они могут быть технически состоятельными, но их экосистема注定 плавать в маленьком пруду. Эти три комбинации соответствуют нынешнему положению дел с x86, путем лицензирования Arm и некоторыми отечественными CPU.

Три угла, можно занять только два. В этом суть невозможного треугольника.

Доктор Дай Вэйминь поместил RISC-V за пределы этого треугольника. Он считает, что на сегодняшний день единственный путь, который действительно является независимым, контролируемым и имеет шанс на реальное процветание, — это RISC-V.

Причина не в том, что он уже сегодня победил, а в том, что он структурно обладает потенциалом «иметь все три»: открытая система команд означает, что ни одна компания не может единолично перекрыть кислород всей цепочке создания стоимости; модульная и расширяемая философия дизайна означает, что любой производитель может дифференцироваться на его основе; а статус международного стандарта определяет его потенциал для создания достаточно большой программной экосистемы, как у Arm и x86.

Это суждение получило довольно единодушный отклик в ходе моих поездок. В основном считают, что самый большой вклад RISC-V в отрасль заключается не в создании еще одного «китайского чипа», а в том, что он раздает всем новую карту: рвы, которые x86 и Arm копали десятилетиями, в окне возможностей, когда ИИ переписывает парадигму вычислений, впервые кажутся не такими непреодолимыми.

Но нужно сказать и обратное. Разрушение невозможного треугольника — это амбиция. Чтобы превратить амбицию в победу, нужно преодолеть самое сложное препятствие: высокопроизводительные вычисления.

На рынке встраиваемых систем RISC-V уже прочно обосновался, но как только речь заходит о дата-центрах, серверах, AI-вычислениях, проблема сразу обостряется. Это та линия, по которой мы пойдем дальше.

Этот импульс должен набрать силу в континентальном Китае

Глобально RISC-V — это не исключительно китайская концепция. Google, Meta, Qualcomm, Nvidia, Tesla уже в разной степени приняли RISC-V. ЕС через Чипс-акт инвестировал миллиарды евро в поддержку разработки RISC-V, EuroHPC запустил проект DARE стоимостью около 240 миллионов евро, цель которого — постепенно заменить процессоры для высокопроизводительных вычислений на RISC-V с 2025 года, за чем стоят четыре слова: «цифровой суверенитет».

Один и тот же RISC-V: Китай видит в нем безопасность цепочек поставок и стоимость, мир видит в нем свободу архитектуры следующего поколения для ИИ. Эти две силы как раз сейчас накладываются друг на друга.

Но чтобы действительно набрать обороты, чтобы действительно продвинуть экосистему от встраиваемых систем к высокопроизводительным, на сегодняшний день именно континентальный Китай обладает наибольшим потенциалом для лидерства. За этим суждением стоит N движущих сил.

Во-первых, «поток вычислительной мощности», вызванный ИИ. Общеотраслевой консенсус заключается в том, что к 2030 году глобальный объем полупроводниковой отрасли превысит триллион долларов, причем более 70% будет связано с ИИ. Аппетит ИИ к вычислительной мощности, пропускной способности памяти и межчиповой связности намного превышает потребности любых предыдущих приложений, поток вычислительной мощности подобно приливу устремляется в сторону высокопроизводительных решений. У кого нет достаточной вычислительной базы, тот останется позади.

Конечно, есть и ужесточение предложения из-за экспортного контроля. Министерство торговли США ужесточает контроль за экспортом передовых вычислительных чипов; Nvidia сама признает, что ее доля в Китае практически обнулилась; новая Vera, хотя и появится, но цена, график, доступность — ни один из этих параметров не находится в руках китайских производителей. С одной стороны, растущий спрос, с другой — ограниченное предложение. Эти ножницы — именно то место, где китайская экосистема наиболее обеспокоена и где есть место для воображения.

Кроме того, это структурное снижение затрат благодаря открытому исходному коду. Один отраслевой эксперт, долгое время занимающийся выбором чипов для облачных решений, во время моего исследования разбирал бухгалтерию дата-центра. В высокопроизводительном сервере GPU и CPU вместе могут составлять от 50% до 80% стоимости оборудования. Любая попытка снизить общие затраты в конечном итоге сводится к самому дорогому чипу. А самая уникальная особенность RISC-V как раз в его открытости: x86 — это закрытая черная коробка, Arm — это частная территория, контролируемая единственным лицензиаром, а RISC-V возвращает уровень системы команд в качестве общественного блага всей отрасли. Когда производителю не нужно платить лицензионные сборы и не нужно, чтобы его душили самой системой команд, структура затрат в цепочке создания стоимости CPU имеет шанс быть структурно переписанной.

В континентальном Китае к этим трем движущим силам добавляется еще один уникальный фактор, который в основном можно обобщить как «центральное руководство задает тон, местные власти добавляют топлива». Министерство промышленности и информатизации в этом году выпустило специальный проект высококачественного развития, связанный с RISC-V в дата-центрах; местные власти синхронно продвигают политическое финансирование и сценарии применения для hard tech. Такая комбинация усилий сверху вниз и снизу вверх отсутствует в Европе и США.

Еще более показателен поворот в отношении. Несколько лет назад один из руководителей шести крупных отечественных производителей CPU в лицо высмеивал тех, кто занимается RISC-V, называя их «не более чем сбродом». А сегодня все шесть этих производителей прошли национальное тестирование, и среди них уже есть те, кто готов быть первыми, начав серьезно переносить свои следующие поколения на RISC-V. От «сброда» до «первых» — это как раз процесс, в ходе которого за последние два года технологии, политика и рынок совместно изменили повестку.

Если объятия Европы для RISC-V в основном движимы одной целью — «цифровым суверенитетом», то движущие силы в континентальном Китае — это наложение четырех сил: безопасность цепочек поставок, структура затрат, технологический суверенитет и взрывной рост приложений. Вот почему сегодня самые оживленные площадки, самые плотные скопления IP-компаний и самая острая гонка за высокую производительность в мире RISC-V почти все сосредоточены в континентальном Китае.

Одна фраза, ставшая отраслевым консенсусом, гласит: RISC-V — это домашняя арена Китая.

Чтобы количественно оценить прогресс RISC-V в области высокопроизводительных вычислений, в отрасли молчаливо установили порог: 15 баллов в тесте SPEC на целочисленные операции на единицу частоты.

Этот порог нужно немного разъяснить, иначе его можно неправильно истолковать. SPEC CPU 2006 и 2017 — это давно используемые в промышленности бенчмарки для оценки производительности процессоров. Целочисленный тест (SPECint) измеряет способность CPU выполнять общие целочисленные операции. «На единицу частоты» означает исключение влияния тактовой частоты и чистое сравнение эффективности исполнения самой микроархитектуры. Другими словами, эти 15 баллов измеряют, сколько работы может выполнить одно ядро за единицу времени, не полагаясь на повышение тактовой частоты. Это измеряет уровень проектирования, а не преимущества технологического процесса.

Почему 15 баллов? Потому что базовый уровень микроархитектуры высокопроизводительных CPU в лагерях x86 и Arm примерно находится в этом диапазоне. Если результат ниже этой цифры, ядро RISC-V вряд ли сможет заявить, что оно «находится на той же стартовой линии, что и зрелые архитектуры». Другими словами, 15 баллов — это не абсолютный потолок, а квалификационная линия. Преодоление ее означает право на вступление в клуб высокопроизводительных решений и начало диалога; не преодоление означает, что любые маркетинговые нарративы останутся на уровне встраиваемых систем и среднего сегмента.

Один отраслевой эксперт, глубоко вовлеченный в проектирование высокопроизводительных микроархитектур, во время моего исследования объяснил отраслевое значение этой квалификационной линии. Успех Apple M-серии и Arm Neoverse показал всем, что единственный способ прорваться на рынок, которым x86 правит десятилетиями, — это более высокое соотношение производительности и энергопотребления; сначала нужно утвердиться в производительности на единицу, а затем ждать созревания передовых технологических процессов для повышения тактовой частоты. Этот путь применим и к RISC-V.

Итак, достигнут ли этот порог? Ответ: несколько команд из континентального Китая последовательно достигли и даже превзошли его.

В лагере открытого исходного кода основные отечественные высокопроизводительные ядра RISC-V с открытым исходным кодом достигли 14,78 балла в реальной восьмиядерной Mesh-сети, что в основном соответствует ранее объявленной цели в 15 баллов.

Стоит отметить, что команда сама развеяла предубеждение отрасли относительно открытого исходного кода: открытый исходный код не означает низкого качества. Они хотят оставить отрасли практическую базовую линию с открытым исходным кодом. Значение этой базовой линии в том, что любой небольшой производитель чипов может начать не с нуля, а с открытого ядра, чтобы выйти на стартовую линию высокой производительности. Это способность, которую не могут дать ни черная коробка x86, ни единая лицензия Arm.

В лагере коммерческих IP царит настоящее разнообразие. Слабым консенсусом является то, что на сегодняшний день в континентальном Китае уже есть не менее пяти производителей, которые достигли или заявили о достижении 15+ баллов для своих высокопроизводительных ядер RISC-V, некоторые команды даже вышли в диапазон 16-18 баллов, а тактовая частота в типичных сценариях превысила 3,4 ГГц.

«Преодоление большого барьера в 3 ГГц — это настоящий вход в мир высокопроизводительных процессоров», — таково было весьма решительное заявление одного资深 архитектора в моем присутствии.

Но бенчмарки — это лишь входной билет. Настоящая борьба разворачивается за их пределами.

От одного ядра к целой системе: еще один инженерный скачок

Самое значимое изменение в континентальном Китае за последний год заключается в смещении фокуса внимания с одного ядра на целостный переход к «вычислительной подсистеме».

Чтобы понять это, нужно сначала понять, как на самом деле выглядит серверный CPU. Это не просто блок исполнения системы команд, а целый SoC, состоящий из десятков ядер, разделяемого кэша, контроллера памяти, каналов ввода-вывода, островка безопасности, блока управления питанием, плюс межсоединения на кристалле, которые все это организуют. Последние обычно называют NoC, точнее, когерентным NoC: он гарантирует, что десятки или даже сотни ядер видят согласованное представление памяти, это центральная нервная система крупномасштабных многоядерных систем.

Насколько критичен этот уровень? У Intel, AMD, Nvidia есть собственные шины с поддержкой когерентности, у Arm есть серия IP CMN, у Huawei Ascend есть собственный HCCS. В мире и так мало компаний, способных коммерциализировать IP для когерентного NoC, каждой из них требуются десятилетия итераций. Плохой когерентный NoC делает даже самое мощное ядро изолированным островком.

И сегодня уже есть производители RISC-V в континентальном Китае, разработавшие коммерческий когерентный NoC. Базовый консенсус заключается в том, что это ключевой маркер перехода отечественного RISC-V от «создания ядра» к «созданию системы». Один собеседник сказал, что в континентальном Китае уже не менее десяти компаний штурмуют высоты серверных чипов на RISC-V — такая плотность была немыслима несколько лет назад.

Помимо NoC, есть длинный список жестких показателей, «которые не добавляют ни балла к бенчмаркам, но определяют, захочет ли серверная платформа их установить». BMC (контроллер управления материнской платой), IPMI (интерфейс интеллектуального управления платформой), поддержка виртуальных носителей, полный стек RAS (надежность, доступность, обслуживаемость) — это самые основные требования для эксплуатации дата-центров. Есть и очень практичный вопрос проектирования для выхода годных — в отрасли его называют Partial Goods: когда в огромном серверном чипе выходит из строя какое-то ядро, участок кэша или канал DDR, весь чип не должен отправляться в утиль; необходимо иметь возможность отключить неисправную область и продолжить отгрузку в деградированном состоянии. Такое проектирование напрямую влияет на выход годных, а значит, и на экономику.

А самое амбициозное — это то, что уже есть производитель в континентальном Китае, выпустивший 40-ядерный RISC-V серверный процессор с полностью собственными IP. Самая интересная особенность этого процессора — не масштаб, а сдержанность: ноль пользовательских инструкций, стопроцентная совместимость со стандартом RVA23. За этим стоит почти железный отраслевой закон: на серверном рынке правила ценнее изысков.

Что такое RVA23? Простое объяснение: это профиль процессора приложений (Application Processor Profile), утвержденный фондом RISC-V International в 2024 году. Он фиксирует набор основных расширений инструкций в единый «контракт», включающий 58 обязательных и 23 опциональных расширения. Любой процессор, заявляющий о соответствии RVA23, теоретически может запускать один и тот же двоичный код. Его значение для экосистемы RISC-V аналогично значению Armv8-A для Arm в свое время: ключевой шаг от «ста школ» к «единому стандарту для диалога».

Ноль пользовательских инструкций, строгое соответствие RVA23 означает, что этот чип отказался от короткого пути «буста» бенчмарков через приватные инструкции, сделав ставку на долгосрочную совместимость программного обеспечения. Базовый консенсус считает, что это самая прагматичная корректировка позиции за последние годы в континентальном Китае для выхода на серверный рынок с RISC-V.

Другая группа сравнительных данных, помимо бенчмарков, лучше показывает реальный наклон роста RISC-V. В типичных нагрузках, таких как кодирование/декодирование видео, отечественные высокопроизводительные процессоры RISC-V уже достигли 90% производительности x86 того же поколения и 96% производительности Arm того же поколения; в вычислениях шифрования они даже показывают 1,88x относительно x86 и 1,67x относительно Arm; ключевые операторы для логического вывода больших языковых моделей также приближаются к 1,67x уровня Arm. За этими цифрами стоит поставка полного аппаратно-программного стека, включая операционную систему, инструментальную цепочку, вычислительные библиотеки, а не просто кусок кремния.

Еще более обнадеживающими являются чипы, которые уже вернулись с производства и работают у клиентов. 64-битный отечественный процессор RISC-V с восемью ядрами уже завершил массовое производство по 12-нм технологическому процессу, и в течение двух недель после возврата из тестирования он запустил графический интерфейс Ubuntu и все основные настольные приложения. Сценарии его применения очень практичны: периферийные AI-боксы для больших моделей, нативные RISC-V кластеры для компиляции, ноутбуки, облачные терминалы и даже автомобильные системы — все входит в его диапазон. От способности проходить тесты до способности запускаться, установки системы и выполнения работы — каждый шаг непрост, но каждый шаг постепенно преодолевается.

Настоящий противник — не Arm, а ров за его спиной

Но как только мы доходим до этого момента, необходимо выложить на стол другой факт: чем выше поднимается RISC-V, тем яснее становится противник, которого нельзя обойти. Это не сами системы команд x86 и Arm, а ров, который они копали за ними десятилетиями.

Этот ров называется экосистемой. А его самая глубокая часть называется CUDA.

Одна опытная сотрудница, много лет проработавшая в Nvidia, во время моего исследования облила коллег отрезвляющей порцией холодной воды. Она сказала, что сам Дженсен Хуанг никогда не считал Nvidia чипмейкером, что сегодня реальное преимущество GPU未必 в удельной вычислительной мощности, а в чрезвычайно мощной программной экосистеме CUDA. Миллионы разработчиков CUDA по всему миру — за этим стоят библиотеки операторов, инструментальные цепочки компиляторов, отладчики, профилировщики, а также тысячи статей и учебников, посвященных CUDA, создававшиеся более десяти лет. Именно эту гору и должен штурмовать RISC-V.

Но интересно то, что именно там, где Arm и x86 ничего не могут поделать с RISC-V, находится точка опоры для контратаки RISC-V. Бао Юньган из Института вычислительной техники Китайской академии наук в беседе со мной разбил возможности RISC-V для ИИ на три уровня логики, и эта логика получила довольно широкое признание в ходе поездок.

Первый уровень — синергия. RISC-V изначально вырос из системы команд CPU, поэтому добавление AI-расширений к нему — это естественный шаг. В 80-е к CPU добавили инструкции с плавающей запятой, в 90-е — мультимедийные инструкции (SIMD), и в итоге все они вошли в основное русло проектирования CPU. Интеграция AI-расширений в CPU — это просто еще один повтор истории. А в эпоху агентов ИИ рабочие нагрузки, требующие многократного вызова и принятия решений между различными моделями, как раз предъявляют более высокие требования к тесной синергии между CPU и ускорителями. Это именно та проблема, которую пытается решить такой «независимый CPU, созданный специально для агентов ИИ», как Vera от Nvidia. Если RISC-V сможет внедрить AI-расширения инструкций в базовую линию CPU, он получит преимущество на уровне синергии.

Второй уровень — обрезка. Разнообразие сценариев логического вывода ИИ намного превышает разнообразие сценариев обучения: облаку нужны полномасштабные большие модели, периферии — дистиллированные версии, а устройствам — предельная энергоэффективность. Системы команд x86 и Arm — это «полные наборы», их нельзя обрезать; модульный дизайн RISC-V от природы означает, что каждый производитель может выбрать нужное ему подмножество из набора расширений (M — целочисленное умножение/деление, A — атомарные операции, F — одинарная точность, D — двойная точность, V — векторные и т.д.), чтобы создать более компактные и целенаправленные продукты.

Третий и самый важный уровень — это программный стек. Текущие китайские компании, производящие AI-чипы, в основном представляют собой вертикальные изолированные «силосы», каждая делает свое. Размеры их программных команд исчисляются сотнями и тысячами человек, и они снова и снова выполняют одну и ту же работу. По отраслевым данным, в одной из ведущих китайских GPU-компаний из более чем тысячи человек в НИОКР только около двухсот занимаются чипами, а остальные шесть-семь сотен — программным обеспечением. Если RISC-V сможет стандартизировать AI-инструкции на уровне системы команд, программные стеки, компиляторы, библиотеки операторов смогут последовать за этим стандартом. Тогда производители чипов смогут идти налегке, вернув силы микроархитектуре и технологическому процессу. Вот путь, который имеет шанс реально побороться с CUDA.

Что касается того, как будет выглядеть будущее AI-чипов на низком уровне, отрасль предлагает два видения. Один подход, называемый Baby RISC-V: встроить в ускоритель множество маленьких и простых ядер RISC-V, специально отвечающих за планирование потоков данных, выбор инструкций, освобождая драгоценную площадь кристалла для вычислительных блоков. Tenstorrent является представителем этого направления, и в континентальном Китае тоже есть команды, пробующие этот путь.

Другой — Big RISC-V, где RISC-V выступает в качестве высокопроизводительного главного управляющего ядра, берущего на себя планирование и тяжелые задачи. Базовое мнение: два пути не исключают друг друга, будущее, скорее всего, будет представлять собой сосуществование Baby и Big в одном SoC. Независимо от того, какие физические устройства, матричные блоки или векторные движки находятся внизу, все они получат единый программный интерфейс через RISC-V. Этот интерфейс и является корнем процветающей экосистемы.

Более смелое видение уже нарисовано в виде кривой эволюции: от RISC-V плюс ИИ (простая связка CPU и ускорителя) к ИИ плюс RISC-V (AI-вычисления в основе, управление на RISC-V为辅), и в конечном итоге к RISC-V равно ИИ (глубокое слияние системы команд и AI-вычислений, CPU как основа для AI-вычислений). Состоятельность этой кривой еще предстоит проверить инженерной реализацией в ближайшие пять-десять лет, но она, по крайней мере, показывает, что пространство для воображения RISC-V в ИИ гораздо шире, чем просто «создание альтернативы Arm».

Реальных проблем немало, и все они сложные

На этом моменте история кажется завершенной. Но ответственный отраслевой анализ должен раскрыть и другую половину: у RISC-V на пути к высокопроизводительным вычислениям реальных проблем немало, и все они сложные.

Первая реальная проблема — неполнота и фрагментация экосистемы. Сюй Цинвэй, старший директор по программному обеспечению и экосистеме в Blue Chiplet Computing, был со мной весьма откровенен: самая большая проблема RISC-V по сравнению с x86 и Arm — это неполная экосистема, неполные спецификации, фрагментированная экосистема плюс недостаточная зрелость программного обеспечения. Корень фрагментации — в пользовательских инструкциях: каждый производитель хочет использовать приватные расширения для дифференциации, а конечный результат — разрыв программной экосистемы на изолированные островки. Упомянутый ранее серверный CPU с «нулевыми пользовательскими инструкциями, полным RVA23» по сути является самым прагматичным ответом на эту реальную проблему: ставить правила выше изысков.

Вторая реальная проблема скрывается в инструментальных цепочках и верификации. На этапе EDA слабые места отечественного RISC-V становятся особенно очевидными. Чжан Чуньлинь, технический директор Synopsys, на одном отраслевом мероприятии сказал мне, что промышленность обеспечила Arm очень полными наборами тестов на совместимость и бенчмарками, а для RISC-V в этой области еще далеко; плюс кастомизация инструкций на основе открытого исходного кода каждой компанией означает значительный объем работ по верификации с каждой такой доработкой. Есть и другая трудность: RISC-V — открытая архитектура, сегодня вы вносите изменение в код, но станет ли результат лучше или хуже, никто не хочет ждать возврата чипа с производства, чтобы узнать ответ, поэтому совместная верификация аппаратного и программного обеспечения должна быть выполнена до отправки на производство.

Насколько сложна верификация? Один из уже обнародованных отраслевых наборов данных показывает, что начальная погрешность в производительности между симулятором и RTL у команды открытого высокопроизводительного ядра составляла до 12,4% для целочисленных операций SPEC и до 30,6% для операций с плавающей запятой, что означает серьезное расхождение между прогнозами симуляции и реальной производительностью. Многие компании потратили много усилий на тонкую калибровку, чтобы снизить эти погрешности до 1,8% и 2,6% соответственно. За этими цифрами стоит самая негламурная и изнурительная работа в разработке высокопроизводительных процессоров, домашнее задание, которое нельзя обойти ни одной команде, желающей создать серверный CPU.

Есть и две непреодолимые горы: одноядерная производительность и энергоэффективность. Текущий базовый отраслевой консенсус заключается в том, что одноядерная производительность и производительность межсоединений на кристалле отечественных чипов RISC-V все еще находятся на стадии догоняющего развития. Чтобы утвердиться в дата-центрах, предстоит пройти долгий путь. Соревнование в энергоэффективности еще более скрытое: оно зависит от технологического процесса, управления питанием, самого низкоуровневого схемотехнического проектирования — каждой из тех областей, где лагеря x86 и Arm десятилетиями наращивали мускулы.

Линь Чжимин, председатель правления Andes Technology, привел очень понятную аналогию: раньше транзисторы были похожи на кровать, лежащую на полу, после FinFET все перешли на вертикальные 3D-кровати, а в дальнейшем это похоже на строительство небоскреба на одном чипе, цель — выжать больше вычислений в ограниченном физическом пространстве. В пост-муровскую эпоху победит тот, кто построит это здание выше и энергоэффективнее. Чтобы RISC-V мог сравниться по энергоэффективности со зрелыми архитектурами в этом здании, нужна не сама система команд, а почти ремесленная работа по схемотехническому проектированию, жесткое выжимание тактовой частоты и энергоэффективности через специализированные пути данных.

Самая практичная проблема — это технологический процесс и время. С отечественными передовыми технологическими процессами действительно есть проблемы, но это переходное состояние. Сегодня вы отправляете дизайн на производство, а завтра каналы сузятся, и вы не сможете получить чипы обратно — как быть? У каждого производителя чипов есть свои расчеты. Лю Янань, технический директор по чипам в отделении облачных продуктов China Mobile, во время моего исследования сказал весьма откровенную фразу: перспективы светлые, победа обязательно будет, но этот процесс, особенно в области дата-центров, займет больше времени, чем ожидает большинство. Эту фразу стоит повторять, потому что она отражает самое трезвое управление ожиданиями отрасли относительно прорыва RISC-V в высокопроизводительные вычисления.

Дверь открыта, путь долог

Сделав большой круг, вернемся к начальному вопросу: когда Nvidia стучится с Vera, остается ли у китайских самодельных CPU только один способ выжить — «бежать за Arm по пятам».

Все свидетельства указывают на один и тот же ответ: другая гонка существует, и ее домашняя арена — континентальный Китай. Входной билет в 15 баллов уже есть у нескольких отечественных производителей; жесткие показатели для дата-центров, такие как когерентный NoC, RAS, Partial Goods, уже начинают осваиваться по одному; серверный CPU с нулевыми пользовательскими инструкциями и строгим соответствием RVA23 уже выпущен в производство, что знаменует начало реального взросления этой индустрии по «серверным правилам»; автомобили, связь, трансляция видео — эти сценарии внедрения уже дают реальные заказы в поддержку RISC-V.

Но также необходимо признать, что по-настоящему эталонный продукт, способный напрямую конкурировать с x86 и Arm по общей производительности системы, еще не появился, а ров экосистемы CUDA далеко не выкопать за несколько лет. Каждый шаг вверх для RISC-V сопровождается реальными проблемами: фрагментацией, слабыми местами в EDA, одноядерной энергоэффективностью, преимуществами технологического процесса, конфиденциальными вычислениями. Ни одну из этих проблем нельзя решить в одночасье лозунгами или политикой.

Прорыв «Невозможного треугольника» — не просто лозунг. Это означает, что RISC-V должен одновременно собрать воедино три вещи: независимость, контроль и процветание, а каждая из них в отдельности требует десятилетий для реализации. Нынешняя ситуация такова: фундамент независимости уже заложен, инженерная реализация контроля в пути, очертания процветания уже угадываются. Дверь открыта, но за ней путь длиннее, чем ожидалось.

В августе Nvidia Vera войдет в систему заказов китайских клиентов по цене значительно выше 20 тысяч долларов за штуку. Сколько китайских клиентов ее примут, как долго будет поддерживаться поставка, в какой момент она из-за очередного ужесточения контроля превратится в запасы «одна штука — одна меньше» — это ближайшие заботы отрасли. RISC-V не может удовлетворить весь спрос к августу, да ему и не нужно этого делать. Его задача — ответить не на вопрос поставки одного CPU в данный момент, а на вопрос: через десять лет, когда следующая революция вычислительной мощности снова наступит, должна ли китайская самодельная CPU по-прежнему ставить свою судьбу на чужой игровой стол.

Те, кого когда-то называли «сбродом», теперь держат в руках входной билет, который они по крупицам собирали. Смогут ли они вместе выполнить всю эту негламурную черновую работу, чтобы у RISC-V действительно было свое место за столом высокопроизводительных вычислений — это самый важный вопрос, который стоит задавать в ближайшие пять лет на трассе китайских самодельных CPU.

Эта статья из WeChat Official Account: 大橘财经 , автор: 观网财经, оригинальное название: «Nvidia атакует процессорами, Китай отвечает RISC-V. Четвертое глубокое наблюдение за полупроводниками»