В 2022 года компания Ventana Micro Systems анонсировала первые по-настоящему серверные RISC-V процессоры Veyron V1. Анонс чипов, обещающих потягаться на равных с лучшими x86-процессорами с архитектурой x86, прозвучал громко. Популярности, впрочем, Veyron V1 не снискал, но на днях компания анонсировала второе поколение чипов Veyron V2, более полно воплотившее в себе принципы модульного дизайна и получившее ряд усовершенствований.

Как и в первом поколении, компания-разработчик продолжает придерживаться концепции «процессора-конструктора» с чиплетным дизайном. В центре 4-нм Veyron V2 по-прежнему лежит I/O-хаб на базе AMBA CHI, охватывающий контроллеры памяти и шины PCI Express, а также блоки IOMMU и AIA. К нему посредством интерфейса UCIe подключаются вычислительные чиплеты. Латентность UCIe-подключения составляет менее 7 нс.

Источник изображений здесь и далее: Ventana Micro Systems

Чиплеты эти могут быть разных видов: либо с ядрами общего назначения (по 32 ядра на чиплет), образующие собственно процессор Veyron V2, либо содержащие специфические сопроцессоры под конкретную задачу (domain-specific acceleration, DSA). Последние могуть быть представлены FPGA, ИИ-ускорителями и т.д. Более того, Ventana по желанию заказчика может оптимизировать и I/O-хаб для повышения эффективности работы ядер CPU с сопроцессорами.

В классическом варианте Veyron V2 может иметь до шести чиплетов с RV64GC-ядрами V2, что в сумме даёт 192 ядра. Поддержка SMT отсутствует. Удельная производительность в пересчёте на ядро получается несколько ниже, чем у AMD Zen 4c, но согласно результатам тестов, предоставленных Ventana, 192-ядерный Veyron V2 заметно опережает AMD EPYC Bergamo 9754 (128C/256T) при аналогичном теплопакете в 360 Вт.

Столь неплохой результат достигнут за счёт оптимизации архитектуры Veyron: по сравнению с первым поколением говорится о 40 % прибавке производительности. Что немаловажно, во втором поколении процессоров Veyron была реализована поддержка 512-бит векторных расширений, фирменных матричных расширений, а также целого ряда других спецификаций. В целом ради совместимости разработчики предпочли остаться в рамках общего профиля RVA23.

Сами ядра V2 используют суперскалярный дизайн с агрессивным внеочередным исполнением и продвинутым предсказанием ветвлений. Возможно декодирование и обработка до 15 инструкций за такт. Объём L1-кешей составляет 512 Кбайт для инструкций и 128 Кбайт для данных, дополнительно каждое ядро имеет свой кеш L2 объёмом 1 Мбайт. Общий для всего 32-ядерного чиплета L3-кеш имеет объём 128 Мбайт. Производительность внутренней когерентной шины составляет до 5 Тбайт/с.

Позиционируемый в качестве решения для гиперскейлеров, крупных ЦОД и HPC, Veyron V2 имеет развитые средства предотвращения ошибок и защиты данных, от ECC-кешей и поддержки Secure Boot до аутентификации на уровне чиплета и продвинутых RAS-функций. Кроме того, реализована защита от атак по сторонним каналам.

Несмотря на то, что мир RISC-V пока ещё похож на «Дикий Запад», Ventana старается опираться на развитые и популярные стандарты: в частности, это выражается в применении UCIe для подключения чиплетов, поддержку гипервизоров первого и второго типа, вложенную виртуализацию и совместимость с программной экосистемой RISC-V RISE.

Подход Ventana позволит избежать недостатков, свойственных дискретным PCIe-ускорителям (высокая латентность, энергопотребление и стоимость) и сложным монолитным SoC (очень высокая стоимость разработки и сроки), снизить время и стоимость стоимость новых решений, а также обеспечить более низкий уровень энергопотребления. В общем, компания явно целится в гиперскейлеров.

Видение сценариев применения DSA у Ventana очень широкий — от БД-ускорителей и блоков компрессии-декомпрессии данных до поддержки специфических алгоритмов в задачах аналитики и транскодеров в системах доставки контента. Также становятся ненужными дискретные DPU. Первым партнёром Ventana стала Imagination Technologies, крупный разработчик GPU.

В качестве вариантов физической реализации новой платформы Ventana предлагает компактный 1U-сервер, содержащий один чип Veyron V2 со 192 ядрами, работающими на частотах до 3,6 ГГц, и 12 каналами DDR5-5600. Вероятнее всего, производителем новой платформы станет GIGABYTE. Ожидать первых поставок следует не ранее II квартала 2024 года.

В целом, видение высокопроизводительной модульной платформы, продвигаемое Ventana, выглядит перспективно, а упор на применение DSA может выгодно отличать её большинства Arm-серверов, конкурирующих с решениями Intel/AMD лоб в лоб. Вопрос лишь в поддержке со стороны разработчиков программного обеспечения — и здесь может сыграть ставка разработчиков на максимально открытые, широкие стандарты.

Архитектура RISC-V достаточно молода и обычно ассоциируется с экономичными чипами на платах, подобных Raspberry Pi. Однако технически она позволяет создавать и мощные процессоры, способные поспорить с лучшими решениями на базе архитектур Arm и x86. На саммите RISC-V компания Ventana Micro Systems анонсировала целое семейство высокопроизводительных процессоров, первенцем в котором стал чип Veyron V1, который, по словам разработчиков, сможет потягаться в однопоточной производительности с самыми современными CPU класса High-End.

Veyron V1 должен стать самым быстрым процессором с архитектурой RISC-V. Источник: Twitter@risc_v

Новинка нацелена на рынок гиперскейлеров, причём благодаря чиплетному дизайну новый процессор изначально разрабатывался как кастомизируемый под задачи заказчика. Veyron V1 будет предлагаться в виде своеобразного набора-конструктора, включающего в себя один или несколько вычислительных чиплетов Veyron, I/O-хаба и интерконнекта, позволяющего связать все компоненты воедино. Это, по словам разработчиков, должно серьёзно ускорить и удешевить процесс внедрения новой процессорной платформы, снизив расходы на разработку чипов на 75 %, а время создания — до не более чем двух лет.

Платформа Veyron V1 универсальна и покрывает широкий спектр задач. Источник здесь и далее: StorageReview

Вычислительный чиплет Veyron V1 использует продвинутые 64-битные ядра RISC-V и располагает 2 Мбайт кеша L2, а также многопоточным контроллером памяти. Предусмотрены конфигурации чиплета с 6, 8, 12 или 16 ядрами с частотой в районе 3 ГГц, что сопоставимо с решениями Google и AWS. Использоваться процессор может не только в ЦОД, но и в различных встраиваемых системах, базовых станциях 5G или даже клиентских рабочих станциях.

Чиплетная архитектура ускорит цикл разработки и внедрения, а также упростит задачу подключения кастомных ускорителей

Архитектурно дизайн Veyron V1 использует агрессивный конвейер шириной восемь инструкций и с внеочередным исполнением. Чип способен работать на частоте до 3,6 ГГц благодаря использованию 5 нм техпроцесса TSMC. I/O-хаб может производиться с использованием более дешёвых 12 или даже 16-нм техпроцессов. Для соединения компонентов процессора разработан специальный низколатентный интерконнект D2D.

Платформа разработки Veyron V1 и её технические характеристики

Каждый чиплет включает в себя до 16 ядер, предусмотрена возможность масштабирования процессора до 192 ядер в 12 чиплетах. Общий объём разделяемого кеша L3 составляет 48 Мбайт. Заявлен высокий уровень защищённости архитектуры от атак по сторонним каналам. Разработчики заявляют о беспрецедентно низком энергопотреблении: 128 ядер V1 уложатся в 280 Вт; AMD EPYC 7763 потребляет столько же при вдвое меньшем числе ядер.

Ventana поддержит новую платформу на всех уровнях разработки системного и прикладного ПО

Анонс Ventana нельзя назвать «бумажным» — компания говорит о доступности комплектов разработчика, причём сразу в двух типах шасси: в настольном и в серверном корпусе высотой 2U. Конфигурация включает в себя 16-ядерную версию V1, 128 гбайт памяти DDR5, подключенной с помощью интерфейса CXL (PCIe 5.0) x16, два свободных слота расширения PCIe 5.0 x16, загрузочный накопитель NVMe M.2 и 8 NVMe SFF SSD формата 2,5" для хранения данных. Для удалённого управления предусмотрен 1GbE-порт.

Большая часть критически важного программного обеспечения уже портирована на архитектуру RISC-V

Компания не забыла и о поддержке со стороны программного обеспечения: платформы разработчика Ventana Veyron V1 будут сопровождаться полноценным SDK с основным ПО, уже портированным на новую архитектуру. В список входят компиляторы GCC и LLVM, отладчик OpenOCD/GDB, исходные коды и бинарные файлы загрузчиков U-Boot и Tianocore UEFI EDK2.1. Поддерживается ряд дистрибутивов Linux, а также другое системное и прикладное ПО. Ожидается, что новые системы будут доступны в начале следующего года.

Стартап Ventana Micro Systems, похоже, намерен перевернуть рынок серверов. Компания заявила о разработке высокопроизводительных процессоров на архитектуре RISC-V для центров обработки данных. Первые образцы фирменных CPU будут переданы клиентам во второй половине следующего года, а поставки начнутся в первой половине 2023 года. При этом процессоры получат чиплетную компоновку — различные модули и кристаллы на общей подложке.

Основные процессорные ядра разработает сама Ventana, а вот остальные чиплеты будут создаваться под нужды определённых заказчиков. CPU-блоки будут иметь до 16 ядер, которые, как обещается, окажутся быстрее любых других реализаций RV64. Использование RISC-V позволит разрабатывать сверхмощные решения в рекордные сроки и без значительного бюджета. Ядра будут «выпекаться» на TSMC по 5-нм нормам, но для остальных блоков могут использовать другие техпроцессы и фабрики.

Ventana будет следить за процессом их создания и упаковывать до полудюжины блоков в одну SoC. Для соединения ядер, кеша и других компонентов будет использоваться фирменная кеш-когерентная шина, которая обеспечит задержку порядка 8 нс и скорость передачи данных 16 Гбит/с на одну линию. Основными заказчиками, как ожидается, станут гиперскейлеры и крупные IT-игроки, которым часто требуется специализированное «железо» для ЦОД, 5G и т.д.

Сегодня Ventana объявила о привлечении $38 млн в рамках раунда B. Общий же объём инвестиций составил $53 млн. Компания была основана в 2018 году. Однако это не совсем обычный стартап — и сами основатели, и команда являются настоящими ветеранами индустрии. Все они имеют многолетний опыт работы в Arm, AMD, Intel, Samsung, Xilinx и целом ряде других крупных компаний в области микроэлектроники. Часть из них уже имела собственные стартапы, которые были поглощены IT-гигантами.