數據中心處理器新創企業獲Arm下一代IP授權

電子工程專輯4月22日訊，總部位于法國的芯片初創企業 SiPearl宣布其已獲得代號為 Zeus 的 Arm 下一代 Neoverse 處理器的 IP 許可。

作為一家成立于 2020 年 1 月的Fabless公司，盡管 SiPearl 仍處于起步階段，但這家初創企業卻志向高遠——致力于為歐洲的百億億次超級計算機設計高性能、低功耗微處理器。

歐洲打造的本土芯片計劃之一

SiPearl 表示，與Arm 簽署這項重要的技術許可協議后，未來將受益于高性能、安全和可擴展的下一代 Arm Neoverse 平臺（代號 Zeus），同時充分利用強大的 Arm 軟硬件生態系統。

借助先進的 FinFET工藝，可使 SiPearl 加速其設計并確保出色的可靠性，從而在計算性能和能源效率方面提供相當高端的產品，并隨時做好在 2022 年推出第一代微處理器產品的準備。

公告還更加具體地涵蓋了該公司與 Arm 簽署的許可協議，宣布其將使用 Zeus 內核作為緊隨 Neoverse N1（代號 Ares）推出的新核心，其有望成為 Arm Cortex-A77 移動核心的基礎。

在歐洲處理器計劃（ EPI） 網站上，EC 還詳述了該項目的路線圖，并在 Zeus 核心描述旁加上了“N6”的注釋，意味著該芯片將基于臺積電的新工藝而設計（與 N7 節點保持了一定了兼容性）。

據悉，SiPearl是歐洲委員會資助的新項目之一，在去年6月于波蘭舉行的EuroHPC峰會上，就披露了歐洲第一顆本土HPC處理器的一些詳細信息。但是消息顯示，這款HPC將綜合使用Arm、RISC－V、高帶寬存儲器和許多其它處理器設計技術，采用多夾心封裝，將應用在歐洲本土第一款百億億級的超級計算機上。

這項工作是在EPI的推動下進行的，EPI是由歐盟資助的一項旨在開發用于HPC、AI或其它應用領域的本土芯片技術的科技計劃。

EPI計劃的總體負責人Philippe Notton去年在介紹HPC架構時，曾透露SiPearl的存在，這家公司主要處理EPI計劃產生的知識產權事宜，并將這顆百億億級處理器推向市場。Notton也是這家公司的創始人，他當時公布了SiPearl的產品Roadmap。

路線圖顯示，代號為＂Rhea＂的第一代SiPearl芯片將于2021年發布，它將用于百億億級超級計算機的原型機，并幫助測試應用在于2023年面市的歐洲首批百億億級超級計算機上的EPI技術。產品級的百億億級超級計算機可能會用上代號為＂Cronos＂的第二代SiPearl芯片，預計它最早在2022年準備就緒。

路線圖上還標示了沒有給出具體代號名稱的第三代SiPearl芯片，它可能用于歐洲第二代百億億級超級計算機系統。此外，SiPearl還打算針對 人工智能 、大數據和汽車市場設計芯片，如果一切按計劃順利推進，SiPearl還將推出面向企業服務器市場的芯片。

SiPearl項目是繼亞馬遜 Graviton2 芯片取得最新成功、以及 Ampere 宣布推出 Altra 平臺之后，Arm 服務器生態系統的又一次重大推動。《電子工程專輯》曾在上個月報道了Ampere最新處理器的消息：《80核Arm服務器CPU發布，架構之爭拐點已到？》，預計我們可在幾個月后收獲更多的驚喜。

明星隊友，還是雜牌軍？

這個項目也是歐洲第一次真正涉足高端處理器設計，Notton和EPI主席Denis也承認，為了推動工作順利向前推進，需要踐行一定程度的拿來主義和實用主義。在堅持自主創新的基礎上，必須考慮到當今全球半導體供應鏈的現狀，并考慮一些具體的情況。

鑒于Arm已經被日本軟銀收購，這就基本上讓EuroHPC的本土自主平臺變成了一句空話。當然，即使Arm可以不聽命于日本軟銀集團，在英國本土繼續保持獨立運營，現在英國脫歐了，所謂歐洲“本土原創”也無從說起。此外，PCI－Express和高帶寬內存等其他非歐洲原創技術也使得EuroHPC技術平臺的純正血統大打折扣。

除了處理器設計技術，芯片封裝基于的2.5D架構也來自海外。當今世界上已經付諸實踐的2.5D封裝只有兩種標準，分別來自英特爾的嵌入式多芯片互連橋接（Embedded Multi-Die Interconnect Bridge，EMIB）和臺積電的晶圓級芯片尺寸封裝（Wafer Level Chip Scale Packaging，WLCSP）。如今已獲得Arm授權，看來他們至少不會使用英特爾的封裝技術。

不過有媒體報道，SiPearl芯片最關鍵的設計工作確實是在歐盟內部進行的，Arm架構為此出力不少，它們在這臺超算中承擔著主處理器的角色。其它來自歐洲的組件包括基于RISC－V架構的HPC加速器、多用途處理陣列（MPPA），它們將由法國的芯片制造商Kalray提供，除此之外，還包括法國Menta提供的FPGA技術。

MPPA技術專為高性能嵌入式計算、數據中心組網和存儲功能加速而設計。在EPI和SiPearl規劃中，這項技術最為明顯的目標應用是自主駕駛汽車，但是這項技術在HPC平臺上的作用主要體現在在實時數據流上降低數據負荷和執行數據轉換。

FPGA組件可以修復平臺bug，或者在無需更換硬件的條件下及時適應不斷變化的標準。當然，FPGA組件也可以用作平臺上的可重配置加速器，用于處理專門的HPC工作負荷。

對于Arm設計，EPI計劃的工程師們將集成基于可伸縮矢量擴展（SVE）技術的HPC級矢量處理功能，SVE技術由富士通和Arm共同開發，用于日本RIKEN實驗室的Fugaku百億億級超級計算機系統中的“Post－K”ARM64FX處理器。盡管Notton和Denis沒有明言，但是我們認為他們可能會使用更新一代的SVE2技術，因為Arm結合了事物級內存擴展（TME）功能的第二代矢量擴展技術，就是專門面向HPC應用的附加功能，可以用于提高并行軟件的性能和可擴展性。

有外媒猜測，EPI團隊將把TME技術和SVE技術綜合應用到其百億億級處理器中。

EPI同時還在開發基于開源RISC－V架構的定制HPC加速器。這個EPI加速器的另外一個名稱是EPAC，它將由多達8個矢量處理器組成，這些處理器通過片上網絡共享L2緩存。除了這個矢量處理器，EPI加速器還包含一個專門用于加速模板操作的單元，以進一步提高計算機模擬性能，以及其它依賴模板結構的代碼執行效率。EPI還講開發一個基于RISC－V架構的AI加速器，其中將包括一個專用的深度學習單元，不過，這個EPAC不會成為HPC處理器平臺的一部分。

針對HPC定制的EPI加速器將和Arm主處理器一起，分布在不同的夾心。盡管目前還不清楚Arm內核和RISC－V加速器的精確比例，但是據Notton估計，SiPearl制造的第一代HPC處理器中將有80％的夾心面積用于Arm。

盡管在表面上看起來，講一個已經包含了矢量加速單元的Arm主處理器和另外一個單獨的HPC加速器集成在一起似乎有些多余，但是Denis表示，之所以在HPC器件上同時包含這兩者，是為了給開發人員提供更大的靈活性。開發人員既可以使用Arm中的通用SVE功能，以簡化系統開發，也可以使用更加定制化的HPC加速器來優化執行速度和提高能效。當第一代百億億級超級計算機上市時，我們將看到這兩種加速器是如何在現實世界中各自發揮作用的。

“歐洲原創”血統受到質疑

還有一個使事情變得更加有趣的地方。

根據Notton和Denis的說法，RISC－V將成為加速器和主處理器的首選架構，事實上，按照英特爾的Knights Landing Xeon Phi處理器的方式，完全可以在一個芯片架構上同時實現主處理器和加速器。不過，從這個角度上來看，似乎Arm更應該成為首選架構，因為Arm的硬件技術和相關軟件生態系統已經非常成熟了。

但是，正如之前所提到的，Arm基本上不能再被看做是歐洲本土的架構技術了。此外，它還收取授權費和許可費，而開源的RISC－V是免費的。不過，使用RISC－V也存在一定的風險，特別是考慮到RISC這個架構現在的實現中幾乎都是針對嵌入式計算的，而并非針對HPC計算。嵌入式計算通常比HPC有著針對性更強的特殊需求。

展望未來，EPI平臺上Arm和RISC－V的力量平衡將取決于多種因素，包括市場對RISC－V的接受程度、RISC－V生態系統的增長速度、RISC－V的許可政策有沒有變化，以及ARM如何應對來自RISC－V的威脅。

“我們的長期目標是形成并使用充分歐洲化的IP。”Denis說。

歐盟需要做好長期競賽的準備。如果其成員國選擇使用來自英特爾、AMD、英偉達或者其它來自美國芯片制造商的芯片，他們肯定會在2023年之前的一到兩年內建造出一個百億億級超級計算機系統來。但是，歐洲大陸越來越渴望發展本土芯片產業和供應鏈，并決心擺脫對美國技術的依賴。

為了實現這一目標，歐洲已經退出了超級計算機競賽，實際上，這只是一個很小的代價，果斷放棄競賽更加有助于本土處理器行業的發展。歐洲希望，不僅能夠擁有和美國、中國、日本同等的超級計算能力，還可以更為自主地決定自己在更廣泛的IT領域的命運。

責編：Luffy Liu