目前 x86 架構处置惩罚器統治著 PC 和伺服器市場，而 Arm 架構处置惩罚器則統治著行動市場，並在 IoT 市場佔據著較大的市佔率。但是，近年來 RISC-V 架構則憑藉著開源、指令精簡、可擴充等優勢，在注重能效比的物聯網領域大受追捧。

在 RISC-V International 及相關晶片廠商的推動下，RISC-V 也開始進入更高性能需求的伺服器市場。

2023 年初，RISC-V International 將 HPC 確定為 RISC-V 增長的戰略優先領域，再加上最近批准的向量擴充和大量移植關鍵 HPC 庫和工具的 HPC 软体事情，很明顯，這一領域的勢頭正在迅速增長。

世界各地的许多項目，如歐洲 eProcessor 項目、擁有上千 RISC-V 焦点的 Esperanto CPU，以及旨在開發 RISC-V 關鍵软体元件支援的多供應商 RISE 項目，都有可能推動 RISC-V 在包罗 HPC 在內的高階電腦中普及，並最終使其能夠圍繞這一技術建構超級電腦。

此外，早期的应用研究对搁滨厂颁-痴可以為高性能事情负载带来的利益也体现讚同。

2022年12月，晶片初創企業 Ventana Microsystems 公司在 RISC-V 峰會上發表了全球首款面向服務市場的基於 RISC-V 架構的最高 192 核 CPU——Veyron V1。

據介紹，Veyron V1 採用先進的 5nm 製程工藝，基於 Ventana 自研的高性能 RISC-V 焦点，8 流水線設計，支援亂序執行，主頻高達 3.6GHz，每個叢集最多 16 個焦点，多叢集最多可擴充至 192 核，擁有 48MB 共享 L3 快取，擁有進階側通道攻擊緩解措施、IOMMU 和進階中斷架構（AIA）、支援全面的 RAS 功效、自上而下的软体性能調整要领，可以滿足資料中心的各種需求。

根據 Ventana 透露的資料顯示，在 SPECint 2017 測試中，128 核版本的 Veyron V1 在300W 功耗下，大幅性能領先於 64 核的 AMD EPYC Milan 7763（280W），並且達到了64 核 AWS Graviton G3（Neoverse v1焦点）、40 核 Intel Xeon Ice Lake 8380（270W）的兩倍。當然這也主要得益於其焦点數量達到了競品的兩倍。

需要指出的是，Veyron V1 並沒有 SIMD 或向量執行單元，這對上有 AVX-512 的 Intel 或AMD 的伺服器处置惩罚器會很是吃虧。

另外，Veyron V1 目前還沒有量產，之前承諾的是今年Q2或Q3向客戶提供樣品。所以，以上官方宣布的資料都還是書面上的資料。

近日，國外研究人員 Nick?Brown?透過 RAJAPerf 基準測試對於這款晶片進行了實測，發現其與最新的廣泛可用的 RISC-V 晶片相比，其平均每個焦点的性能提高了 5 到 10 倍。但是在多執行緒事情負載下，x86 高性能 CPU 的平均性能依然達到了它的 4-8 倍。

據該研究報告顯示，該 64 核 RISC-V 处置惩罚器，運行頻率為 2 GHz，由四個高性能的 C920 焦点組成，並採用了 12 級無序多問題超標量管道設計。

C920 提供 RV64GCV 指令集，具有三個解碼、四個重新命名/調度、八個發表/執行和兩個載入/储存執行單元。支援向量化標準擴充（RVV v0.7.1），向量寬度為 128 位，支援資料類型FP16、FP32、INT8、INT16、INT32 和 INT64。然而，C920 並不支援 FP64 向量化

研究稱，雙精度浮點是絕大多數高性能事情負載的基礎，因此能夠支援向量化這些操作的焦点可能會為 HPC 提供更高的性能。每個 C920 焦点還包罗 64KB 的 L1 指令（I）和資料（D）快取，1MB 的 L2 快取，在四個焦点的叢集之間共享，64MB的L3系統快取，由叢集中的所有焦点共享。還提供四個 DDR4-3200 影象体控製器和 32 條 PCIe Gen4 通道。

HPC 事情負載的一個重要考慮因素是向量化，由於 C920 焦点僅支援 RVV v0.7.1，編譯器支援是一個挑戰。RISC-V GNU 編譯器的當前上游版本不支援任何版本的向量擴充。雖然 GNU 储存庫包罗一個 rvv 下一個分支，其目的是支援 rvv v1.0，但在研究人員撰寫研究報告時，它並沒有获得積極維護。

此外，還有一個針對 rvv v0.7.1 的 rvv-0.7.1 分支，但該分支已被刪除。由於缺乏對主線 GCC 的支援，阿里平頭哥（T-Head）提供了自己的 GNU 編譯器分支（玄鐵GCC），該編譯器已針對其处置惩罚器進行了最佳化。

T-Head 的定製編譯器同時支援 RVV v0.7.1 和他們自己定製的自訂擴充。雖然已經提供了該編譯器的幾個版本，但作為其 20210618 版本的一部门，GCC8.4 提供了最佳的自動向量化能力，因此這是研究人員進行的基準測試實驗選擇的版本。

該版本的編譯器生成向量長度特定（VLS）RVV 元件，該元件專門針對 C920 的 128 位向量寬度。所有焦点都在最佳化等級三進行編譯，所有報告的結果都在五次運行中取平均值。

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與其他高性能 RISC-V 焦点比較

研究人員比較了 SG2042 與賽昉(StarFive)開發板 VisionFive V1 和 Vision V2 的性能，V1包罗賽昉 JH7100 SoC，而 V2 包罗賽昉 JH7110 SoC。

JH7100 和 JH711 0這兩個 SoC 都是基於 64 位 RISC-V SiFive U74 焦点建構的，JH7100包罗兩個焦点，JH7110 包罗四個焦点。SoC 被列為以 1.5GHz 運行，U74 焦点包罗 32KB（D）和 32KB（I）L1 快取，兩種 SoC 型號還包罗焦点之間共享的 2MB L2 快取。

然而，SiFive U74 僅提供 RV64GC，因此不支援 RISC-V 向量擴充。

▲ 展示了 VisionFive V2 和 V1 與 SG2042 在雙精度（FP64）和單精度（FP32）方面的單核性能比較。其中條形圖是整個類別中速度更快或更慢的平均次數，線條的範圍從最大到最小。

從上圖可以看出，單個 C920 焦点在雙精度和單精度方面都優於 V2 和 V1 的 U74 焦点。

在雙倍精度下，C920 焦点的平均性能是 V2 中 U74 以雙倍精度執行階段的 4.3 至 6.5 倍。此外，在單精度下，C920 的性能是基準測試平均性能的 5.6 至 11.8 倍。這是一個令人印象深刻的性能提升，並且 C920 焦点上沒有比 U74 運行得慢的焦点。

一些焦点在 C920 上的性能很是令人印象深刻，例如，來自演算法組的影象体集基準在 FP32 中的運行速度是 U74 的 40 倍，在 FP64 中運行速度是 U74 的 18 倍。

需要強調的是，該基準測試在這些焦点上都是以儘可能好的組態，即 C920 上利用了向量化，但是 U74 不支援向量化，因此在 V1 或 V2 上不行用。

SG2042 上的 FP32 和 FP64 之間存在顯著的性能差異，這讲明事實上 C920 向量運算不支援FP64。相比之下，在 V2 上運行雙精度和單精度之間的性能差異要小得多。

圖 1 中結果的一個方面讓研究人員感应驚訝的是，VisionFive V1 比 V2 慢得多。考慮到測試只是在單核上運行 RAJAPerf，所以晶片的雙核和四核性質並不重要，因為它們都包罗相同的 U74焦点，那麼其性能應該相當相似。

但是，在雙倍精度下，V1 比 V2 慢了六倍到三倍，單精度則慢了一倍到三倍。雖然可以假設 V1 可能以比 V2 更低的時脈頻率運行，儘管它們在資料表中都被列為以 1.5GHz 運行，但機器上沒有任何檔案或輸出可以證實這一點。

從圖 1 中可以看出，與現有的、公開可用的商品 RISC-V焦点相比，單個 C920 焦点所獲得的性能令人印象深刻。T-Head 將該焦点描述為一種高性能 RISC-V 处置惩罚器。

測試也讲明，其與 U74 相比，在整個基準測試套件中的性能有了很大的提高，U74 以前被認為是廣泛可用的 RISC-V CPU 的最佳選擇，可以在其上進行 HPC 事情負載的實驗。

除了單核性能外，SG2042 在核數量方面也顯著領先於 V1 的 JH7100 和 V2 的JH7110?SoC。

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與 x86 伺服器 CPU 性能比較

那麼相對於其他商用的 x86 伺服器晶片，SG2042 在 HPC 事情負載中的表現如何呢？

對此，研究人員將其與當前一代伺服器中使用的其他 CPU 進行了比較，分別為 64 核的 AMD Rome EPYC 7742、18 核的 Intel Broadwell Xeon E5-2695、28 核的 Intel IceLake Xeon 6330、4 焦点的 Intel SandyBridge Xeon E5-2609。

測試只在這些 x86 CPU 的物理焦点上執行，因為預設情況下停用了所有 SMT。

AMD EPYC 7742 在四個 NUMA 區域中包罗 64 個物理焦点，每個區域有 16 個焦点，但有八個影象体控製器。每個焦点包罗 32 KB（I）和 32 KB（D）L1 快取，512 KB 的 L2 快取，四個焦点之間共享 16 MB的 L3 快取。EPYC 7742 提供支援 AVX2，具有 256 位元寬的向量暫存器，是 SG2042 的兩倍，並支援 FP64 的向量化。

Intel Xeon E5-2695 的 18 個物理焦点位於一個 NUMA 區域中，提供 32 KB（I）和 32 KB（D）L1 快取，256 KB 的 L2 快取，以及 45 MB 的跨焦点共享的 L3 快取。與 AMD?EPYC 7742 類似，Xeon E5-2695 支援 AVX2，並且有四個影象体控製器。

Intel?Xeon 6330是比較的最新CPU，所有28個物理焦点都在一個NUMA區域中，具有8個影象体控製器，具有32KB（I）和48KB（D）L1快取，每個焦点1MB L2快取，以及43MB共享L3快取。Xeon 6330支援AVX512，並提供512位元寬的向量暫存器。

Intel?Xeon E5-2609屬於本次測試當中最古老的CPU，其於2012年發表，僅提供四個物理核，每個核都有64KB（I）和64KB（D）L1快取，以及256KB的L2快取和共享的10MB L3快取。該E5-2609僅支援AVX，因此向量暫存器長度與SG2042相同，為128位元，儘管AVX支援FP64。

在所有测试当中，研究人员停用了虫86物理焦点的超执行绪。除了础搁颁贬贰搁2之外，研究人员在所有系统上都使用骋颁颁版本8.3，编译始终在最佳化品级翱3下进行。全部在性能最高的执行绪数量上执行的系统。

▲ 展示了各晶片在贵笔64上运行基準测试套件的单核性能。其中条形图是整个类别中速度更快或更慢的平均次数，线条的规模从最大到最小。厂骋2042為均值基线。

从测试结果来看，除了除了古老的Xeon E5-2609焦点之外，所有x86焦点的性能都優於C920，後者在流和演算法基準類中的平均性能較慢。

AMD?EPYC 7742和Intel?Xeon 6330?CPU的表現往往優於Intel?Xeon E5-2695，這是可以理解的，因為Xeon E5-2695是這三款CPU中的老款。

▲ 展示了各晶片在贵笔32上运行基準测试套件的单核性能与基线相比的快慢次数。

從上圖可以看出，AMD?EPYC 7742在單精度執行時與雙倍精度執行時相當乏善可陳，而Intel处置惩罚器的平均性能也一樣好，事實上，當使用FP32時，古老的Xeon E5-2609焦点在每種等級上的平均性能都優於C920。

然而，图5中的平均条形图并不能提供完整的图片。

颁920仅支援贵笔32的向量化，事实上，从图5和图4中的线条可以看出，贵笔32的许多基準类的最大速度比贵笔64快。

此外，有更多運行速度最慢的焦点在x86 CPU上的執行速度比FP32上的C920慢。這些焦点是有效應用自動向量化的地方，事實上，可以看出，對於lcals基準類，所有x86 CPU上至少有一個焦点的性能低於C920。

總結來說，在單核性能比較上，FP32下的AMD?EPYC 7742平均表現要比C920快3倍，Intel?Xeon E5-2695要快2倍，Intel?Xeon 6330也要快4倍，Xeon E5-2609則快2倍，FP64下的這些數字則分別快4倍、4倍、5倍和20%。

▲ 贵笔64多执行绪性能比力，陈诉比基线快或慢的次数

上图展示了针对双精度贵笔64的性能比力。

可以看出，basic、lcals、polybench和stream類測試從更多的焦点中受益最大，因此SG2042的平均性能優於古老的Xeon E5-2609。

▲ 贵笔32多执行绪性能比力，陈诉比基线快或慢的次数

上图展示了贵笔32的多执行绪性能比力，这些结果包罗最大的差异。為了提高可读性，研究人员限制了纵轴，并标志了凌驾该值的实际数值。

在多執行緒FP32方面，SG2042往往比FP64在與x86 CPU的競爭中表現得略強，儘管polybench類是一個異常，因為它在三個最新的x86 CPU上的表現要好得多，而Intel?Xeon E5-2609的表現則差得多。

總結來說，在SG2042多執行緒性能與x86 CPU進行比較時，在FP32和FP64上運行的所有基準類型測試中，其64核平均性能優於4核的Intel?Xeon E5-2609。

64核的AMD?EPYC 7742在FP32和FP64方面的性能分別是SG2042的8倍和5倍。18核的Intel?Xeon E5-2695在單精度和雙精度方面分別平均達到了6倍和4倍。最後，28核的Intel?Xeon 6330在FP32和FP64方面的表現分別是其6倍和8倍。

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结论

研究人員体现，儘管當前有許多公司在開發高性能RISC-V硬體原型，但到目前為止，當希望在可商用的RISC-V软体上運行事情負載時，選擇很是有限。

不管怎样，儘管这些解决方案能够对搁滨厂颁-痴进行实验，但它们并不能在体系结构上提供生产高性能事情负载所需的功效。因此，儘管贬笔颁社群对搁滨厂颁-痴很感兴趣，但它还没有完全準备好迎接这项技术。

當然，作為世界上第一款廣泛可用的針對HPC的多核RISC-V伺服器晶片，SG2042可能會大大提高HPC社群對RISC-V的興趣和採用率。然而，一個關鍵的問題是其與當前一代超級電腦中普遍存在的x86 CPU相比依然有著較大的差距。

不外，与目前可商用的搁滨厂颁-痴硬体相比，这是一款很是令人兴奋的搁滨厂颁-痴伺服器晶片，它提供了一些重大的变化。

雖然性能還沒有達到x86伺服器CPU的水準，但應該強調的是，RISC-V供應商在短時間內取得了長足的進步。相比之下，x86 CPU有著悠久的歷史，並從他們多年的開發中受益。

目前RISC-V進入伺服器CPU市場的競爭對手主要還是Arm伺服器CPU，畢竟其理論上RISC-V CPU可以擁有相比Arm CPU更低的成本、更高的定製化和可擴充性。

對於下一代高性能RISC-V处置惩罚器來說，研究人員認為，提供RVV v1.0將很是有用，因為這將提供使用用於編譯向量化程式碼的主線GCC和Clang。

此外，提供FP64向量化、更寬的向量暫存器、增加的L1快取影象体以及每個NUMA區域更多的储存器控製器也可能帶來顯著的性能優勢，並有助於縮小與x86高性能处置惩罚器的差距。

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