在最近于波蘭舉行的EuroHPC峰會上，披露了歐洲第一顆本土HPC處理器的一些詳細(xì)信息。這款HPC將綜合使用Arm、RISC－V、高帶寬存儲器和許多其它處理器設(shè)計(jì)技術(shù)，采用多夾心封裝，將應(yīng)用在歐洲本土第一款百億億級的超級計(jì)算機(jī)上。這項(xiàng)工作是在歐洲處理器計(jì)劃（EPI）的推動下進(jìn)行的，EPI是由歐盟資助的一項(xiàng)旨在開發(fā)用于HPC、AI或其它應(yīng)用領(lǐng)域的本土芯片技術(shù)的科技計(jì)劃。
在這次EuroHPC峰會期間，EPI計(jì)劃的總體負(fù)責(zé)人Philippe Notton大致介紹了HPC的架構(gòu)，并透露了SiPearl的存在。SiPearl是一家無晶圓廠芯片設(shè)計(jì)公司，它處理EPI計(jì)劃產(chǎn)生的知識產(chǎn)權(quán)事宜，并將這顆百億億級處理器推向市場。Notton也是這家公司的創(chuàng)始人，他向大家介紹了SiPearl產(chǎn)品的路線圖。
路線圖顯示，代號為＂Rhea＂的第一代SiPearl芯片將于2021年發(fā)布，它將用于百億億級超級計(jì)算機(jī)的原型機(jī)，并幫助測試應(yīng)用在于2023年面市的歐洲首批百億億級超級計(jì)算機(jī)上的EPI技術(shù)。產(chǎn)品級的百億億級超級計(jì)算機(jī)可能會用上代號為＂Cronos＂的第二代SiPearl芯片，預(yù)計(jì)它最早在2022年準(zhǔn)備就緒。路線圖上還標(biāo)示了沒有給出具體代號名稱的第三代SiPearl芯片，它可能用于歐洲第二代百億億級超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。此外，SiPearl還打算針對人工智能、大數(shù)據(jù)和汽車市場設(shè)計(jì)芯片，如果一切按計(jì)劃順利推進(jìn)，SiPearl還將推出面向企業(yè)服務(wù)器市場的芯片。
有媒體采訪了Notton和EPI主席Jean－Marc Denis，一起探討了EuroHPC目前的研發(fā)進(jìn)展和正在開發(fā)中的各種芯片技術(shù)。這是歐洲第一次真正涉足高端處理器設(shè)計(jì)，Notton和Denis也承認(rèn)，為了推動工作順利向前推進(jìn)，需要踐行一定程度的拿來主義和實(shí)用主義。在堅(jiān)持自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，必須考慮到當(dāng)今全球半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的現(xiàn)狀，并考慮一些具體的情況。
特別地，Arm已經(jīng)被日本的軟銀收購，這就基本上讓EuroHPC的本土自主平臺變成了一句空話。當(dāng)然，即使Arm可以不聽命于日本軟銀集團(tuán)，在英國本土繼續(xù)保持獨(dú)立運(yùn)營，現(xiàn)在英國脫歐了，這也給歐洲的“本土”標(biāo)簽打了一個(gè)大大的問號。此外，包括PCI－Express和高帶寬內(nèi)存等其他技術(shù)也會使得EuroHPC技術(shù)平臺的純正歐洲血統(tǒng)大打折扣。
除了一干處理器設(shè)計(jì)技術(shù)，它的封裝基礎(chǔ)架構(gòu)所基于的2．5D內(nèi)插器技術(shù)也來自海外。當(dāng)今世界上已經(jīng)付諸實(shí)踐的2．5D封裝只有兩種標(biāo)準(zhǔn)，分別來自英特爾的嵌入式多芯片互聯(lián)橋（EMIB）和臺積電的基板上晶圓級芯片。Notton和Denis只確認(rèn)了他們確實(shí)沒有使用英特爾的封裝技術(shù)，至于其它的，他們沒有給出更多的暗示。
不過，SiPearl芯片最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)工作確實(shí)可以算作是在歐盟內(nèi)部進(jìn)行的，Arm設(shè)計(jì)為此加分不少。SiPearl的芯片架構(gòu)IP來自Arm的授權(quán)，EPI將專門把它用在超級計(jì)算上。在HPC的設(shè)計(jì)中，相對于其它輔助處理器，Arm承擔(dān)著主處理器的角色。其它來自歐洲的組件包括基于RISC－V架構(gòu)的HPC加速器、多用途處理陣列（MPPA），它們將由法國的芯片制造商Kalray提供，除此之外，還包括法國Menta提供的FPGA技術(shù)。
“我們這個(gè)HPC平臺集成了所有這些元素。”Notton告訴我們。
MPPA技術(shù)專為高性能嵌入式計(jì)算、數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)和存儲功能加速而設(shè)計(jì)。在EPI／SiPearl的愿景中，這項(xiàng)技術(shù)最為明顯的目標(biāo)應(yīng)用是自主駕駛汽車，但是這項(xiàng)技術(shù)在HPC平臺上的作用主要體現(xiàn)在在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流上降低數(shù)據(jù)負(fù)荷和執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
FPGA組件可以修復(fù)平臺bug，或者在無需更換硬件的條件下及時(shí)適應(yīng)不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，F(xiàn)PGA組件也可以用作平臺上的可重配置加速器，用于處理專門的HPC工作負(fù)荷。
對于Arm設(shè)計(jì)，EPI計(jì)劃的工程師們將集成基于可伸縮矢量擴(kuò)展（SVE）技術(shù)的HPC級矢量處理功能，SVE技術(shù)由富士通和Arm共同開發(fā)，用于日本RIKEN實(shí)驗(yàn)室的Fugaku百億億級超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的“Post－K”ARM64FX處理器。盡管Notton和Denis沒有明言，但是我們認(rèn)為他們可能會使用更新一代的SVE2技術(shù)。Arm公布了結(jié)合了事物級內(nèi)存擴(kuò)展（TME）功能的第二代矢量擴(kuò)展技術(shù)，它是專門面向HPC應(yīng)用的附加功能，可以用于提高并行軟件的性能和可擴(kuò)展性。我們猜測，EPI團(tuán)隊(duì)將把TME技術(shù)和SVE技術(shù)綜合應(yīng)用到其百億億級處理器中。
EPI同時(shí)還在開發(fā)基于開源RISC－V架構(gòu)的定制HPC加速器。這個(gè)EPI加速器的另外一個(gè)名稱是EPAC，它將由多達(dá)8個(gè)矢量處理器組成，這些處理器通過片上網(wǎng)絡(luò)共享L2緩存。除了這個(gè)矢量處理器，EPI加速器還包含一個(gè)專門用于加速模板操作的單元，以進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)模擬性能，以及其它依賴模板結(jié)構(gòu)的代碼執(zhí)行效率。EPI還講開發(fā)一個(gè)基于RISC－V架構(gòu)的AI加速器，其中將包括一個(gè)專用的深度學(xué)習(xí)單元，不過，這個(gè)EPAC不會成為HPC處理器平臺的一部分。
針對HPC定制的EPI加速器將和Arm主處理器一起，分布在不同的夾心。盡管目前還不清楚Arm內(nèi)核和RISC－V加速器的精確比例，但是據(jù)Notton估計(jì)，SiPearl制造的第一代HPC處理器中將有80％的夾心面積用于Arm。
盡管在表面上看起來，講一個(gè)已經(jīng)包含了矢量加速單元的Arm主處理器和另外一個(gè)單獨(dú)的HPC加速器集成在一起似乎有些多余，但是Denis表示，之所以在HPC器件上同時(shí)包含這兩者，是為了給開發(fā)人員提供更大的靈活性。開發(fā)人員既可以使用Arm中的通用SVE功能，以簡化系統(tǒng)開發(fā)，也可以使用更加定制化的HPC加速器來優(yōu)化執(zhí)行速度和提高能效。當(dāng)?shù)谝淮賰|億級超級計(jì)算機(jī)上市時(shí)，我們將看到這兩種加速器是如何在現(xiàn)實(shí)世界中各自發(fā)揮作用的。
還有一個(gè)使事情變得更加有趣的地方。根據(jù)Notton和Denis的說法，RISC－V將成為加速器和主處理器的首選架構(gòu)，事實(shí)上，按照英特爾的Knights Landing Xeon Phi處理器的方式，完全可以在一個(gè)芯片架構(gòu)上同時(shí)實(shí)現(xiàn)主處理器和加速器。不過，從這個(gè)角度上來看，似乎ARM更應(yīng)該成為首選架構(gòu)，因?yàn)锳rm的硬件技術(shù)和相關(guān)軟件生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟了。
但是，正如之前所提到的，Arm基本上不能再被看做是歐洲本土的架構(gòu)技術(shù)了。此外，它還收取授權(quán)費(fèi)和許可費(fèi)，而開源的RISC－V是免費(fèi)的。不過，使用RISC－V也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，特別是考慮到RISC這個(gè)架構(gòu)現(xiàn)在的實(shí)現(xiàn)中幾乎都是針對嵌入式計(jì)算的，而并非針對HPC計(jì)算。嵌入式計(jì)算通常比HPC有著針對性更強(qiáng)的特殊需求。
展望未來，EPI平臺上Arm和RISC－V的力量平衡將取決于多種因素，包括市場對RISC－V的接受程度、RISC－V生態(tài)系統(tǒng)的增長速度、RISC－V的許可政策有沒有變化，以及ARM如何應(yīng)對來自RISC－V的威脅。
“我們的長期目標(biāo)是形成并使用充分歐洲化的IP。”Denis說。
歐盟需要做好長期競賽的準(zhǔn)備。如果其成員國選擇使用來自英特爾、AMD、英偉達(dá)或者其它來自美國芯片制造商的芯片，他們肯定會在2023年之前的一到兩年內(nèi)建造出一個(gè)百億億級超級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來。但是，歐洲大陸越來越渴望發(fā)展本土芯片產(chǎn)業(yè)和供應(yīng)鏈，并決心擺脫對美國IT技術(shù)的依賴。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，歐洲已經(jīng)退出了超級計(jì)算機(jī)競賽，實(shí)際上，這只是一個(gè)很小的代價(jià)，果斷放棄競賽更加有助于本土處理器行業(yè)的發(fā)展。歐洲希望，不僅能夠擁有和美國、中國、日本同等的超級計(jì)算能力，還可以更為自主地決定自己在更廣泛的IT領(lǐng)域的命運(yùn)。