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Análise A arquitetura RISC-V parece destinada a se tornar mais prevalente no setor de computação de alto desempenho (HPC) e pode até se tornar a arquitetura dominante, pelo menos de acordo com alguns especialistas técnicos da área.
Enquanto isso, a European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU) acaba de anunciar um projeto voltado para o desenvolvimento de hardware e software HPC baseado em RISC-V, com planos de implantar futuros supercomputadores exascale e pós-exascale baseados nessa tecnologia.
O RISC-V existe há pelo menos uma década como uma arquitetura de conjunto de instruções (ISA) de código aberto, enquanto as implementações reais de silício do ISA chegaram ao mercado nos últimos anos.
Entre os atrativos dessa abordagem está o fato de que a arquitetura não é apenas gratuita para uso, mas também pode ser estendida, o que significa que funções específicas do aplicativo podem ser adicionadas a um projeto de CPU RISC-V e acessadas adicionando instruções personalizadas ao padrão RISC -V definido.
Este último pode ser um fator determinante para a adoção mais ampla do RISC-V no setor de HPC, de acordo com Aaron Potler, engenheiro distinto da Dell Technologies.
“Há sinergia e força crescente na comunidade RISC-V em HPC”, disse Potler, “e assim o RISC-V realmente tem uma chance muito, muito boa de se tornar mais prevalente em HPC”.
Potler estava falando em um Comunidade Dell HPC evento on-line, destacando as perspectivas do escritório do diretor de tecnologia e inovação da Dell.
No entanto, ele admitiu que, até o momento, o RISC-V não fez muita diferença no setor de HPC, principalmente porque não foi projetado inicialmente com esse objetivo em mente, mas que há “algum direcionamento agora para HPC” porque do modelo de negócio que representa.
Ele fez uma espécie de comparação com o Linux, que, como o RISC-V, começou como um projeto pequeno, mas cresceu e cresceu em popularidade por causa de sua natureza aberta (também era gratuito para download e execução, como reconheceu Potler).
“Ninguém pensaria então que o Linux rodaria em algum computador de última geração. Quando, em 1993, a lista TOP500 foi lançada, havia apenas um sistema Linux nela. Atualmente, todos os sistemas da lista TOP500 rodam Linux. Cada um deles. Tem sido assim há alguns anos”, disse ele.
Se o Linux não visava inicialmente o mercado de HPC, mas foi adotado por ele por causa de suas vantagens inerentes, talvez o mesmo possa acontecer com o RISC-V, se houver vantagens suficientes, como ser um padrão aberto.
“Se é isso que a indústria quer, então a comunidade vai fazer funcionar, vai fazer acontecer”, disse Potler.
Ele também fez uma comparação com a arquitetura Arm, que acabou impulsionando O supercomputador Fugaku da Fujitsu para o número um no ranking TOP500, e que notavelmente conseguiu isso estendendo o conjunto de instruções para suportar as unidades Scalable Vector Engine de 512 bits no processador A64FX.
“Então, por que um sistema baseado em RISC-V não seria o número um no TOP500 algum dia?” ele perguntou.
Já houve trabalho feito em instruções RISC-V e extensões de arquitetura relacionadas a HPC, afirmou Potler, especialmente aquelas para processamento vetorial e operações de ponto flutuante.
Tudo isso significa que o RISC-V tem potencial, mas poderia realmente avançar no setor de HPC, que já ostentou sistemas com uma variedade de arquiteturas de processador, mas agora é dominado quase inteiramente por X86 e Arm?
“O RISC-V tem potencial para se tornar a arquitetura preferida do mercado de HPC”, disse Roy Illsley, analista-chefe da Omdia. “Acho que a Intel está perdendo o controle do mercado como um todo e o segmento de HPC está se tornando mais especializado.”
Illsley apontou que a natureza de código aberto do RISC-V significa que qualquer fabricante de chips pode produzir designs baseados em RISC-V sem pagar royalties ou taxas de licenciamento, e isso é suportado por muitos fabricantes de silício, bem como por sistemas operacionais de código aberto.
Manoj Sukumaran, Analista Principal de Datacenter Compute & Networking da Omdia concorda, dizendo que a maior vantagem do RISC-V é que sua arquitetura não proprietária se alinha bem com as metas de soberania tecnológica de vários países. “A capacidade de HPC é uma vantagem estratégica para qualquer país e é uma parte inevitável do progresso científico e econômico de um país. Nenhum país quer estar em uma situação como a China ou a Rússia e isso está alimentando a adoção do RISC-V”, afirmou.
O RISC-V também é uma “arquitetura de conjunto de instruções muito eficiente e atraente” e a possibilidade de personalizá-lo para necessidades específicas de computação com instruções adicionais também o torna ágil, de acordo com Sukumaran.
O impulso para a soberania, ou pelo menos maior autoconfiança, pode ser um motivo por trás da chamada da EuroHPC JU para uma estrutura de parceria para desenvolver hardware e software HPC baseado em RISC-V como parte do ecossistema em toda a UE.
Espera-se que isso seja seguido por um ambicioso plano de ação para construir e implantar supercomputadores exascale e pós-exascale baseados nessa tecnologia, de acordo com o EuroHPC JU.
Afirmou em seu anúncio que o European Chips Act identificou o RISC-V como uma das tecnologias de próxima geração, onde o investimento deve ser direcionado para preservar e fortalecer a liderança da UE em pesquisa e inovação. Isso também reforçará a capacidade da UE para projetar, fabricar e embalar chips avançados e transformá-los em produtos manufaturados.
Projetos RISC-V de alto desempenho já existem de empresas de chips como SiFive e ventanamas geralmente são designs que um cliente pode obter e fabricar por uma empresa de fundição, como a TSMC, ou disponíveis como um chiplet que pode ser combinado com outros para criar um pacote personalizado de sistema em chip (SoC), que é Abordagem de Ventana.
A criação de um design de CPU com instruções personalizadas para acelerar funções específicas provavelmente estaria além dos recursos da maioria dos sites de HPC, mas talvez não de um grande grupo de usuários ou fórum. No entanto, uma abordagem de chiplet pode reduzir um pouco o risco do projeto, de acordo com o Diretor de Pesquisa Sênior da IDC para a Europa, Andrew Buss.
“Em vez de tentar fazer uma única CPU massiva, você pode montar um SoC a partir de chiplets, obtendo seus núcleos de CPU de algum lugar e um hub de E/S e outras funções de outro lugar”, disse ele, embora tenha acrescentado que isso requer interfaces padronizadas para ligar os chiplets juntos.
Mas enquanto o RISC-V tem potencial, o ecossistema de software é mais importante, de acordo com Buss. “Não importa qual seja a microarquitetura subjacente, desde que haja um ecossistema de software suficiente de aplicativos e ferramentas para apoiá-la”, disse ele.
Potler concordou com este ponto, dizendo que “uma das partes mais críticas para o sucesso da HPC é o ecossistema de software. Porque todos nós trabalhamos em arquiteturas onde o software vinha em segundo lugar, e foi uma época muito frustrante, certo?”
As ferramentas do desenvolvedor, especialmente os compiladores, precisam ser “sólidas, precisam ser dimensionadas e precisam entender muito bem o ISA para gerar um bom código”, disse ele.
Isso também desempenha um papel na definição de instruções personalizadas, pois elas exigem um criador de perfil ou algumas ferramentas de análise de desempenho para identificar sequências de código demoradas nos aplicativos em uso e avaliar se instruções especializadas podem acelerá-las.
“Então, se eu pegar essas instruções, preciso de um simulador que possa simular isso [new] instrução. Se eu colocar aqui e retirar as outras instruções, a primeira pergunta é: as respostas estão corretas? Então a outra coisa seria: funciona o suficiente para valer a pena?”
Outro fator importante é se o compilador pode reconhecer as sequências de código no aplicativo e substituí-lo pela instrução personalizada para aumentar o desempenho, disse Potler.
“Você também vê que as extensões para a arquitetura do conjunto de instruções fornecerão benefícios de desempenho para aplicativos HPC atuais e futuros, sejam eles quais forem”, acrescentou.
No entanto, Buss alertou que, mesmo que haja um grande interesse no RISC-V, levará tempo para chegar lá para os usuários nos sites HPC.
“Não há nada que impeça o RISC-V, mas leva tempo para desenvolver o desempenho e a potência no nível exigido”, disse ele, ressaltando que a arquitetura Arm levou mais de uma década para chegar ao ponto em que poderia ser competitiva neste espaço.
Houve também o revés da Intel puxando seu suporte para a arquitetura RISC-V no mês passado, depois de se tornar um membro premier do RISC-V Internacionalo órgão regulador do padrão, e comprometendo-se a oferecer serviços de validação para núcleos IP RISC-V otimizados para fabricação em Intel fabs.®
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