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第十五卷, 第十六期
EPI发力为欧洲超级计算机打造两款本土芯片

来源:国家超级计算广州中心


作为一项旨在为欧洲超级计算机打造两款本土芯片的宏伟计划,欧洲处理器计划(European Processor Initiative,简称EPI)注定会对欧洲的高性能计算产生深远影响。尽管这项工作仍处于早期阶段,但两款处理器的体系结构似乎已经选定,分别为Arm和RISC-V。该项工作将为研制欧洲全自主的E级超级计算机奠定重要基础。

这些处理器的第一代芯片预计在2020年推出,以便及时地为欧盟将在2020-2021年间部署的E级先导系统提供支撑,而第二代芯片将于2023-2024年助力欧盟的第一套E级系统。这项系统工程由EuroHPC(欧洲超算联盟)主导,该组织成立的初衷就是使欧洲在高性能计算技术方面与美国、中国和日本并驾齐驱。这项任务的部分工作涉及开发自研组件,以增强欧盟成员国对超级计算机的自主可控能力。

超算系统最核心的部分在于处理器芯片,这使EPI成为EuroHPC(欧洲超算联盟)所主导的工作的关键一环。在欧盟负责数字单一市场战略的欧盟委员会副主席Andrus Ansip和数字经济与社会委员会的委员Mariya Gabriel在3月发表的一份声明中,总结了EPI的战略意义: 

“EPI计划是欧洲独立开发创新型超级计算机和数据生态系统战略计划的重要一环,这确保欧洲拥有高端芯片设计的核心竞争力,这也是许多应用领域的关键点。受益于来自欧洲的新技术,欧洲科学家和工业届人士将能使用世界一流的高效能计算机,这将促进欧洲的科技领导力、工业竞争力、工程技术和专利技术,以及整个社会的大发展。”

该项目将研发两种类型的处理器,一种用于通用HPC处理,另一种用于吞吐量加速器。表面上看来,Arm体系将为通用HPC处理提供基础,RISC-V为吞吐量加速器提供架构支撑。5月份巴塞罗那超算中心(BSC)主任Mateo Valero在一个报告中介绍了EPI发展战略的相关情况,包括芯片开发路线图。

由于Arm在欧洲扎根于英国,欧洲人可以购买Arm许可证,并开发自主设计的处理器,而这些是英特尔、AMD或者英伟达的技术不具备的,所以ARM架构是自然而然的选择。从某些方面来看,RISC-V具吸引力,因为它是开放的标准体系结构,拥有BSD免费许可证,可用于开发免费产品或专有设计。

值得关注的是,目前官方没有正式宣布要选择Arm和RISC-V。然而,考虑到欧洲主要参与单位的倾向,如Mont-Blanc E级超算项目使用Arm架构具有悠久历史,其最新的项目就要构建一个基于Arm的SoC E级超算系统;巴塞罗那超算中心对RISC-V一直很感兴趣,最近还举办了RISC-V的研讨会;而Atos对两个架构体系表示都很有兴趣。因此很难想象会有其他的选择。当然了,OpenPower甚至MIPS都是有可能的,但这两者都不是欧洲HPC研究的重点。考虑到E级先导系统和E级超算系统部署的时间规模,开发一个全新的处理器体系结构的可能性非常小。

EPI Arm架构的实现很可能将基于该体系结构的SVE(可扩展向量指令集)变体,这和Fujitsu(富士通)开发的为RIKEN的Post-K E级超级计算机提供的处理器相同,这是个很好的机会,如果日本的工作(特别是系统软件和工具开发)可以为EPI工程所重用,那将节省很多时间。

由于没有现成的高端设计的例子可以借鉴,RISC-V加速器的开发需要做更多的工作。RISC-V是2010年在加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)推出的杰作。尽管在前面提到的RISC-V研讨会上讨论了128位向量扩展,但是对于HPC架构来说,RISC-V的向量能力还是有所欠缺。RISC-V不需要在通用处理器中包含所有的控制流逻辑,因此用作高通量加速器可以一定程度上简化设计工作。

直到今年,还有人认为本土芯片研发是一种孤立主义或是虚弱心在作祟,目前半导体行业的跨国性质并不会限制欧洲人从美国或其他国家获得新技术。但由于当前美国政府挑起了贸易战,即便是计算机芯片也可能很快在全球供应链中加收关税。如果事实证明确实如此,那欧盟着力发展本土芯片是非常有远见的决定。

今年3月,欧洲委员会宣布推出欧洲处理器计划(European Processor Initiative,简称EPI),致力于协同设计和开发低功耗微处理器,并将其推向市场。该计划汇集了欧洲10个国家的23家合作伙伴,以及各界专家。欧盟最初向EPI计划投入了一亿两千万欧元,23个来自产业界及研究结构的合作伙伴预计也将投入一定量的资金。关键参与单位包括Atos,BSC,CEA,尤利希超算中心和STMicroelectronics等。其中,BSC领导着加速器设计工作,Atos在通用处理器中主要负责系统或芯片集成的任务。该项工作将为研制欧洲全自主的E级超级计算机奠定重要基础。