Vortex — eine offene GPGPU basierend auf der RISC-V-Architektur und kompatibel mit OpenCL

Eine Forschergruppe des Georgia Institute of Technology entwickelt das Forschungsprojekt Vortex, das ein offenes GPGPU auf Basis der RISC-V-Befehlssatzarchitektur bietet. Ziel ist es, parallele Berechnungen mit der OpenCL-API und dem SIMT-Modell (Single Instruction, Multiple Threads) durchzuführen sowie Forschung im Bereich der 3D-Grafik zu betreiben und neue GPU-Architekturen zu entwickeln. Derzeit befindet sich das Projekt in der Prototypenphase und läuft über FPGA. Schaltpläne, Beschreibungen der Hardware-Module in Verilog, Simulatoren, Treiber und begleitende Projektdokumentationen werden unter der BSD-Lizenz veröffentlicht.

Aktuell wird eine standardisierte ISA RISC-V bereitgestellt, die um einige zusätzliche Befehle erweitert wurde, die für die Unterstützung von GPU-Funktionen und das Thread-Management erforderlich sind. Bei der Entwicklung haben die Autoren des Projekts versucht, die Änderungen an der RISC-V-Befehlssatzarchitektur auf ein Minimum zu beschränken und dabei vorhandene Vektorbefehle zu nutzen. Ein ähnlicher Ansatz wird auch im Projekt RV64X verfolgt, das ebenfalls ein offenes GPU auf Basis von RISC-V-Technologien entwickelt.

Die Vortex-Grafikverarbeitungsfunktionen sind derzeit begrenzt. Es wurde angekündigt, dass die Unterstützung von OpenGL ES für Vortex realisiert wird, jedoch sind im GPU momentan nur die "tex"-Befehle implementiert, um die Verarbeitung von Texturen zu beschleunigen, die auf der Ebene des Fragment-Shader ausgeführt wird. Ein integrierter Rasterizer fehlt — alle geometrischen Operationen werden vom System-CPU verarbeitet, während die grundlegenden Primitives für Punkte, Linien und Dreiecke sowie die Verarbeitung von Fragmenten, Tiefe und Transparenz unter Verwendung von OpenCL-Kernen realisiert sind.

In Zukunft ist geplant, ISA-spezifische Erweiterungen für die Grafikverarbeitung umzusetzen, Unterstützung für die APIs CUDA und Vulkan hinzuzufügen sowie Erweiterungen zur Beschleunigung von maschinellen Lern- und Datenanalyse-Systemen. Für die Anwendungsentwicklung wird ein Toolkit angeboten, das angepasste Versionen von PoCL (Compiler und Runtime für OpenCL), LLVM/Clang, GCC und Binutils umfasst. Auch die Simulation der Chip-Arbeit mithilfe von Verilator (Verilog-Simulator) und SimX (Softwaresimulation) wird unterstützt.

Hauptmerkmale von Vortex:

• Unterstützung der RISC-V RV32IMF Befehlssatzarchitektur.
• Skalierung des Chips auf bis zu 64 Kerne mit optionalen L2- und L3-Caches.
• Jeder Kern kann 1024 Threads verarbeiten und arbeitet mit einer Frequenz von 250 MHz.
• Die maximale Rechenleistung wird auf 128 GFlops geschätzt, während die Speicherbandbreite 16 GB/s beträgt. Eine 32-Kern-Implementierung mit 200 MHz auf Basis des FPGA Altera Stratix 10 zeigte eine Leistung von 25,6 GFlops.
• Unterstützung des Standards OpenCL 1.2.
• Implementierungsmöglichkeiten basierend auf FPGA Intel Arria 10 und Intel Stratix 10.

Quelle: opennet.ru