Vortex — отворен GPGPU, базиран на архитектурата RISC-V, съвместим с OpenCL

Група изследователи от Технологичния институт на Джорджия развива изследователски проект Vortex, предлагащ отворен GPGPU на базата на архитектурата на набор команда RISC-V, целящ се в извършването на паралелни изчисления, използвайки API OpenCL и модела на изпълнение SIMT (Single Instruction, Multiple Threads), както и в провеждането на изследвания в областта на 3D графиката и разработката на нови архитектури на GPU. Проектът все още е на етапа на прототип, работещ с FPGA. Схемите, описанията на хардуерните блокове на Verilog, симулаторът, драйверите и свързаната проектна документация се разпространяват под лиценция BSD.

В текущия си вид се предоставя типови ISA RISC-V, разширен с допълнителни инструкции, необходими за поддържане на функции на GPU и управление на потокове. При разработката авторите на проекта се опитват да сведат до минимум промените в архитектурата на набора от команди RISC-V, колкото е възможно, използвайки вече съществуващите векторни инструкции. Подобен подход се прилага и в проекта RV64X, който също развива отворен GPU на базата на технологии RISC-V.

Възможностите на Vortex за обработка на графика все още са ограничени. Обявено е реализацията на поддръжка на OpenGL ES на базата на Vortex, но в самия GPU все още е реализирана само инструкцията „tex“ за ускорение на обработката на текстури, която се извършва на ниво фрагментен шейдер. Вграден растеризатор липсва — всичките геометрични операции се извършват от системния CPU, а основните примитиви за точки, линии и триъгълници, както и обработката на фрагменти, дълбочина и прозрачност, са реализирани с помощта на OpenCL.

В бъдеще се планира реализация на специфични за обработка на графика разширения на ISA, добавяне на поддръжка на API CUDA и Vulkan, както и разширения за ускорение на системи за машинно обучение и анализ на данни. За разработка на приложения се предлага инструментариум, включващ адаптирани за работа с Vortex варианти PoCL (компилатор и runtime на OpenCL), LLVM/Clang, GCC и Binutils. Поддържа се симулация на работа на чипа с Verilator (Verilog симулатор) и SimX (програмна симулация).

Основни характеристики на Vortex:

• Поддръжка на архитектурата на набора от команди RISC-V RV32IMF.
• Мащабиране на чипа до 64 ядра с опционални кешове L2 и L3.
• Всяко ядро може да изпълнява 1024 потока и да работи с честота 250 MHz.
• Максималната изчислителна мощност е оценена на 128 Gflops, а пропускната способност на паметта е 16 GB/s. 32-ядрена реализация, работеща с честота 200 MHz, базирана на FPGA Altera Stratix 10, показа производителност от 25.6 GFlops.
• Поддръжка на стандарта OpenCL 1.2.
• Възможност за реализация на базата на FPGA Intel Arria 10 и Intel Stratix 10.

Източник: opennet.ru