RV64X:开源GPU来了,这次靠谱吗?

上一次看到开源GPU的发布，还是5年前，威斯康辛-麦迪逊大学的宣布了世界上第一款开源的GPGPU——“MIAOW”，当时引起业界很多瞩目的眼光，5年过去了，这个开源GPU项目在芯片江湖里面没有引起太多的波澜；最近，基于RISC-V的RV64X 开源GPU项目又一次引起了人们的眼球，那么这次开源GPU胜算几何？

      如果说，MIAOW是授人以鱼，直接把一个可以运行GPU原型发布出来，使用者或者研究者只能选择用还是不用的二选一。这种方式，其实有点像RISC-V出现之前的OR1200，是开源一套代码，代码开源看似非常有吸引力，但是应用限制很大，就是“鞋子虽好，不一定合脚”；”削足适履“在已有框架下的代码改动就不是一件愉快和高效的事。因此OR1200和RISC-V的影响力不可同日而语（好多小伙伴可能根本就没有听说过OR1200）；

     那么，这次RV64X的思路就完全不同，这不是开源一套代码，而是制定开源了一套图像处理的指令集，这些指令集可以高效用于3D图像和媒体处理，也是一个融合了CPU和GPU的指令集，因此被定义为RV64X；

     那么这些指令集都有什么特点？总结一下，简单来说就是两点：

    一：用于图像处理的数据寄存器结构

    二：用于图像处理指令；

     这两点有点DSA的意思；专用于图像处理的架构，CPU和DSA的结合；

     先说图像处理的数据寄存器，和CPU的通用寄存器32/64bit不同，RV64X定义了136bit的寄存器集合，其中包括128bit（数据）+8bit（数据类型）；数据类型包括像素，点，向量，矩阵等不同数据类型，并且最多有256种数据类型，充分考虑了以后的扩展需求；

     这128bit的数据包括：也可以拆分成8/16/24/32的定点和浮点；8/16/32bit的向量运算；2X2；3X3；4X4的矩阵运算；这些寄存器可以像通用寄存器一样随机读写，也可以像通过POP/PUSH来操作；

第二点：RV64X定义了一套图像处理的扩展指令，这些指令包括以下几类：

1：向量和矩阵处理（包括向量矩阵操作/矩阵乘加/点乘/叉乘/求逆/行列式/插值等），

2：数学函数处理(包括sin/cos/tan/exp/pow/log/rcp/rsp/sqrt/cordic等)

3：像素处理（z值检测，光栅操作等）

4：2D/3D图像纹理处理，贴图，绘图等；

5：帧缓冲区处理（同步，压缩，解压缩，位块转换，图像处理变换等）

6：可选的指令类型（可以通过微码实现）

       这些指令对于程序员来说，它看起来就像一个带有64位长指令的硬件，这些指令被编码为标量指令。编程模型是一个明显的SIMD，即编译器从带前缀的标量操作码生成SIMD。因此目前来看，编译器的工作量也不小；当然，它将与Vulkan兼容，并后续支持其他api（OpenGL、DirectX和其他api）。这些也是其生态的一部分，这个也是很大的工作量；

      除了指令这些寄存器结构和指令类型，这个团队还给出了一种实现架构；

     如果用户单个性能偏低的话，还可以支持可扩展，类似多核，反正NVIDIA的GPU也是无数个SM流处理器的扩展；  GPU就是这点好；类似于着色器这种应用，本身是数据不相关的，因为可以发扬“核”海战术来实现高性能的算力，同时，RV64X也为计算机视觉，机器学习，图像渲染，光线追踪等应用提供了新的思路；如果这些设想能够实现的话，通过RV64X可以实现用户自定义的GPU，特别是可以根据指令来裁剪；根据需求设计用户自己的GPU，想想还是挺有吸引力的；

        因此说，RV64X这个思路还是很清晰的，开源指令先行，这只是开了个头，这些指令如何具体定义，怎么把这些指令变成成一个可以运行的GPU还是要有很长的路要走的；对于一个还未出生的“孩子”，RV64X，就像发起团队所讲的，其本身并不是和NVIDIA/AMD等这些商业巨头竞争，其在于能够提供一个可编程，小而美，低功耗，高能效的开源IP更为实际，     

        歪睿老哥认为，这种GPU其实更适合支持物联网等计算的场合，可以应用于MCU，目前可以不考虑服务器GPU的应用；比如：于摄像头内部，例如IPC SOC内部的GPU和机器学习应用；

       不足的是，目前这些都还是初级阶段，就像上文所说“未出生的孩子”，指令集的细化，编译器设计优化迭代，各个大厂或其他机构跟进的力度等都是非常重要的因素；要知道基于RISC-V应用的处理器已经进入10亿的量级了，而RV64X是否能够复制RISC-V的魔力，有两个关键因素；

    1：业界参与：RISC-V从MCU开始，到MPU甚至更高性能处理器，一路走来，依赖很多业界的支持，这包括很多创业公司也有很多大厂，有学术机构和科研院所；

     2：价值回报；RISC-V给业界参与的各个创业公司/大厂/研究机构都提供丰厚的回报，包括且不限于节省的IP授权费用，可定制自有灵活架构，论文或者创业机会；正是RISC-V给CPU这个行业带来了新鲜的活力；

    这么从业者的共襄盛举，实现了投入-产出-投入的正循环，才能有RISC-V蓬勃发展的今天；RV64X要在GPU这个领域大放异彩，而不是昙花一现，依赖于投入和产出的正循环；不过RV64X开源指令，这第一步就已经走在正确的道路上了；