電子發燒友網報道(文/周凱揚)無論是人工智能、高性能計算，還是汽車或TWS，我們已經在各種產品形態中看到了RISC-V的身影。然而，有一種產品卻成了RISC-V長久以來的痛，那就是GPU。固然，RISC-V在某些方面已經有了不遜色與ARM的計算能力表現，但在圖形處理上還是沒能匹敵ARM多年來的積累。但境況似乎正在慢慢好轉，近年來RISC-V的GPU生態也已經開始發力了。

已有GPU生態的支持

去年1月，賽昉科技發布了可運行Linux操作系統的星光RISC-V單板計算機，搭載了賽昉的驚鴻7100 RISC-V視覺處理芯片。為了添加更加強大的圖形性能，賽昉授權采用Imagination的B系列GPU IP，并計劃在該單板計算機的后續量產版本中使用Imagination的BXE-4-32。

同樣用到Imagination B系列GPU的還有晶心，今年1月，晶心科技宣布已經完成IMG BXE-2-32 GPU與其AX45 RISC-V GPU的聯合驗證工作，在FPGA上使用Linux系統完成了渲染大量圖形的工作負載和基準測試。而此前RIOS Labs的RISC-V微型計算機PicoRio也宣布與Imagination達成合作，宣稱計劃在PicoRio 2.0版本中引入Imagination的PowerVR GE7800 XE系列GPU。

Imagination的GPU具備與多種處理器架構協同工作的潛質，其B系列更是可以達到最高6TFLOPS的算力，對于視覺計算優異但3D圖形處理仍然偏科的RISC-V來說，可以說是一個很好的輔助，尤其是對于圖形性能有一定要求的消費類設備。

盡管這種異構的設計已經見怪不怪了，但歸根結底這并非基于RISC-V架構的GPU，而ARM在GPU上的崛起，靠得正是Mali和Adreno之類的ARM架構GPU，RISC-V要想在架構之戰站穩腳跟，也必須得打造基于自身架構的GPU。不過Imagination已經開始在做Catapult系列RISC-V CPU，有朝一日把RISC-V引入其GPU設計中也說不準。

RISC-V架構下的3D GPU

Think Silicon是一家罕見的來自希臘的IP公司，早在2007年就已成立，主要致力于小型超低功耗的2D/3D GPU核心，用于移動和可穿戴設備。然而在希臘的企業環境下，半導體初創企業難以找到資本投入，導致公司十余年來沒有盈利，直到近幾年才有所好轉。2020年，這家公司被半導體設備廠商應用材料公司給收購，成為其全資子公司。2021年3月，這家公司推出了業界首個基于RISC-V的3D GPU NEOX。

NEOX是一個并行多核多線程的GPU架構，基于RISC-V的RV64C指令集與自適應NoC。NEOX可內置1到16個簇元素，集成4到64顆核心，每個簇都可以配置緩存大小和線程數。取決于簇/核心數量的配置，NEOX GPU的算力在12.8到409.6GFLOPS(800MHz)之間,支持FP16和FP32的浮點精度。

Think Silicon提供NEOX的SDK、系統Verilog RTL、集成測試、LLVM C/C++編譯器、GCC C/C++編譯器。目前NEOX 支持開放圖形框架，比如OpenGL ES和Vulkan。其次NEOX也有很強的定制性，支持計算機視覺、AI計算與用戶自定義的擴展。

不過目前NEOX對系統的支持還很有限，僅支持Linux、RTOS和WearOS，要想作為消費級的GPU的話，沒有Windows和安卓這兩大平臺的支持的話，也是很難做起來的。但考慮到Think Silicon的老本行就是主要做IoT設備、可穿戴和小屏嵌入式設備，在系統支持和算力上其實也無需多高的要求。

根據Think Silicon的說法，他們將NEOX視為一種靈活可擴展的GPU方案，支持在資源有限的設備上快速部署AI、機器學習和GPGPU應用程序，并以超低功耗的優勢顯著延長電池壽命。

該芯片的產品開發總監Iakovos Stamoulis博士也是從業20余年的半導體老將了，20年前還在Advanced Rendering Technology工作期間，他就聯合開發首個光追圖形引擎芯片AR350。在這樣的大佬帶領下，Think Silicon或許有機會更進一步，把RISC-V GPU往光追這樣的先進圖形技術上發展。

開源GPU生態

RISC-V作為一個開源指令集，自然也少不了開源的RISC-V GPU。同樣在去年，一個RISC-V開發小組發布了一個項目，名為RV64X，其目的就是為了補全RISC-V的3D圖形與多媒體處理指令集，將GPU集成在RISC-V處理器上。RV64X小組的成員來自于各大參與RISC-V標準制定與開發的公司，包括Pixilica、高云半導體和西部數據。

首個RV64X的原型GPU設計主要面向MCU，且將僅限于支持Vulkan圖形API，但他們承諾未來也會增加對OpenGL乃至Direct X的支持。RV64X的另一大特殊之處在于它將作為一個CPU-GPU混合的ISA迭代，這樣在完成通用計算任務的同時也能完成圖形計算任務。此外，RV64X采用了單內存模型的設計，消除了處理3D API運算時，GPU內存與CPU之間的額外調用。

根據Pixilica CEO Atif Zafar的回復，RV64X小組已經被RISC-V國際基金會認可為圖形工作組，他們也已經準備好了初期的規范以供審核，后續會整合到RISC-V規范中。但新擴展的推出往往需要一段時間，所以在此之前都不會有任何代碼或RTL公布。

再者就是去年因為開發CUDA移植而火了一把的Vortex GPU，Vortex是一個低成本的RISC-V GPGPU加速器方案，利用了現有的ISA和軟件棧，當下的FPGA就能滿足其資源要求，比如英特爾的Arria 10和Stratix 10等等。不過目前的軟件棧暫時僅支持OpenCL 1.1 API，除了正在開展移植工作的CUDA外，Vortex還計劃支持Vulkan、OpenVision和Tensorflow等，并移植到Xilinx的FPGA上。

結語

從以上進展來看，RISC-V的GPU生態發展還在初期，但無論是RISC-V公司、老牌GPU企業和開源社區都開了個好頭，未來相信會有更多玩家的加入。國內近年來也涌現了不少優秀的GPU公司，或許他們也會就著這個勢頭跟進。

原文標題：GPU，RISC-V的長痛

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審核編輯：湯梓紅