在之前舉辦的RISC-V峰會上，Esperanto Technologies的首席執行官Art Swift宣布了一款基于RISC-V的新型芯片，旨在進行機器學習，包含基于開源RISC-V架構的近1100個低功耗內核。

　　這個產品在發布之后引來了廣泛討論。今日，EEjournal采訪了該公司的創始人，談及這款芯片的設計背后的一些想法。

　　據介紹，該芯片被定名為ET-SoC-1。從設計上看，它包括了處理器核心，內存塊和網狀網絡。

　　報道指出，Esperanto公司在ET-SoC-1 的設計上已經花費了很多年的時間，且直到現在，該公司尚未收到第一批芯片，但是該項目已經公諸于世。該公司創始人Dave Ditzel和首席執行官Art Swift（首席執行官）就像快樂的父母一樣為他們的“新寶寶”感到興奮。

　　據報道，Ditzel在微處理器領域擁有輝煌的履歷，他曾擔任Intel副總裁，是x86克隆制造商Transmeta的創始人，Sun SPARC業務的首席技術官，以及擁有David Patterson博士的UC Berkeley研究生的碩士學位。Swift則畢業于賓夕法尼亞州立大學的EE專業。，曾領導過RISC-V基金會的市場部PPR Foundation，在加入Esperanto之前，他還擔任過Wave Computing的首席執行官。這些家伙就是在培育新的處理器。

　　這家擁有100名員工的公司認為我們在AI問題上全都錯了。

　　首先，他們指出，將一個供應商的AI芯片與另一個供應商的AI芯片進行比較是沒有意義的。正確的方法是查看每瓦而不是每個芯片的AI功能。瓦特很重要。芯片只是封裝選擇。

　　其次，可編程性是關鍵。

　　“如果您向硬件人員提出AI問題，他們將需要定制設計一些東西以優化內部循環。但這將很難編程。” Ditzel說。“通用ISA [指令集體系結構]擅長外部循環，幾乎沒有額外的開銷。”

　　Esperanto將特殊和通用的習慣與開源相結合。它的AI加速硬件是定制的，但已嫁接到通用RISC-V架構上。Ditzel說，RISC-V的“底盤系統”使ET-SoC-1芯片易于編程，而定制加速器使其值得這樣做。

　　他們指出，整個芯片在設計時就考慮到了低功耗，因此與“現有解決方案”相比，其性能要高出30倍至50倍，同時還具有100倍的高能效。這個數據是根據Esperanto的模擬得出的，而我們離真正看到芯片還有幾個月的時間。

　　在這些比較中，“現有解決方案”是Intel和AMD的x86芯片。Esperanto從未明確表示公司是否與其他供應商的AI芯片進行比較，例如Groq，Mythic或Swift的前任雇主——幾乎已經破產的Wave Computing。

　　用Ditzel的話說，因為這么多機器學習任務“令人難以置信地是并行的”，所以針對ET-SoC-1的大規模并行設計似乎是正確的方法。當然是這樣。該芯片上有1093個處理器，全部基于RISC-V。其中絕大多數（1088）是所謂的ET-Minion處理器，由四個ET-Maxion處理器和一個服務處理器（也基于RISC-V）提供服務。

　　Minion被分成八組，稱為“鄰居”。四個鄰域構成一個“郡”，而6×6的郡陣列組成一個ET-SoC-1芯片。（一個郡裝有四個ET-Maxion內核，一個郡裝有PCIe邏輯，這就是為什么總數不是1152的原因。）整個晶體管的總重量為238億個。

　　但它一直在繼續。每個ST-SoC-1芯片都設計為與相似的芯片群集在一起，在標準插入卡上最多包含六個芯片，以及存儲器和支持邏輯。這些卡可以組合成“底座”，底座分成“小方塊”，八個小方塊可放入標準的19英寸機架中，當然，成千上萬個機架排列在典型數據中心的“大廳”中。您幾乎可以期望世界語為擴展數據中心建筑物制定分區委員會計劃。

　　對于這些人來說，可伸縮性很重要。

　　追溯到開始，每個ET-Minion內核都以一個相當簡單的RISC-V pipeline實施以及一個大型AI加速器開始。它旨在以盡可能低的電壓實現適中的時鐘速度（在1 GHz附近）。Esperanto的初始硅片是采用臺積電的7nm工藝制造的，其設計工作在電壓范圍的低端，幾乎所有東西都在同一電壓平面上，甚至包括高速緩存。

　　“在低電壓下，晶體管的效率提高了5倍至10倍，但沒有接近閾值電壓。作為架構師，我們知道如何彌補降低的速度。” Ditzel辯護說，他的芯片的頻率相對較高。七納米與其他節點不同。導線是電阻性的，高頻操作需要大量緩沖器。

　　每個ET-Minion的CPU都是單標量，雙線程的有序實現。與之結合的是具有256位浮點一半和512位整數一半的自定義矢量/張量單元。FP半部每個周期可以執行單個256位操作，或者（更有可能）執行16個單精度（32位）操作或32個半精度（16位）操作。整數端可以類似地在每個周期執行一次512位操作或128字節寬的操作。

　　Ditzel和Swift沒有詳細說明這些操作的內容，只是暗示它們可能很長很復雜。“張量指令可以運行數百個周期”，并且RISC-V pipeline將休眠直到完成為止，從而節省了功耗。“程序員認為這是RISC-V，但是99.9％的時間花在了張量指令上。”

　　從理論上講，每個ET-Minion都可以提供128 GOPS / GHz。換句話說，每個周期128次操作。那只是ET-Minion內核之一，每個芯片上有1088個。

　　堆砌很多專業核心是一回事。讓他們以有意義的方式交流是另一回事。Diztel說道。他指出：“這里的大部分工作和智慧都在存儲系統中。” “相加不是硬的部分。該芯片具有一個真正的內存系統，具有三級高速緩存等。軟件人員看著它說：”我知道該怎么編程！“

　　緩存出現在每個ET-Minion核心，每個鄰域和每個郡中。如果可以的話，每個高速緩存可以可選地配置為暫存RAM。整個事物由Esperanto自身的網狀網絡綁定在一起，并且硬件實現了幾個同步原語，包括原子，屏障和IPI（智能外圍互連）支持。與外界的接口是通過PCI4 Gen 4和LPDDR4x實現的。

　　相比之下，四個ET-Maxion處理器是高性能的亂序實現，意在充當獨立系統中的”主機“處理器。數據中心客戶可能更喜歡Intel或AMD的x86處理器，在這種情況下，Maxions可以擱置（或被忽略）。

　　Esperanto說，該芯片的”典型工作點“低于20瓦，對于如此大規模配置的設備而言，這似乎是非凡的。要么”典型“條件是非典型的，要么Ditzel的設計團隊在提供最佳每瓦AI性能的目標方面取得了驚人的成功。

　　為了進行比較，像英特爾的酷睿i7-1068（第10代Sunny Cove / Ice Lake-U微體系結構）這樣的新型筆記本電腦處理器的TDP為28W。這僅適用于四個x86內核和一個GPU。英特爾的一些低功耗處理器的TDP低于15W或20W，但與Esperanto競爭的該公司的臺式機和服務器處理器卻占據了100-200W的領域。

　　即使考慮到性能的（假定）提升，這對Esperanto的支持也是一個數量級的差異。

　　與對傳統CPU進行基準測試（足夠難）相比，對機器學習工作負荷進行基準測試是完全不同的游戲。很難知道任何AI處理器的速度和效率如何，更不用說它在推理/瓦特，GOPS / GHz或Furlongs / fortnight上的比較了。

　　不過，基于其經驗豐富的的全明星陣容，我們對其還有很大的期望。

　　延伸閱讀：Esperanto推出具有接近1100個RISC-V內核的AI芯片

　　在今年的RISC-V峰會上，Esperanto Technologies的首席執行官Art Swift宣布了一款基于RISC-V的新型芯片，旨在進行機器學習，包含基于開源RISC-V架構的近1100個低功耗內核。

　　總部位于加州山景城（Mountain View）的Eseranto Technologies是在2014年創建的，該公司的其他網站遍布美國和歐洲，”其目標是讓RISC-V成為計算機密集型應用程序（如人工智能和機器學習）的首選架構。“Swift追溯到2017年新芯片的歷史，當時Esperanto的創始人兼董事長Dave Ditzel在第七屆RISC-V研討會上提出了Esperanto的愿景。

　　在那個研討會上，Ditzel設定了一個目標：”在單個設備上放置4,000個或更多的內核“。Ditzel要求通過RISC-V提供簡單的指令集，并要求在定制微體系結構和專有的低功耗設計技術領域進行創新。”在隨后的三年中，我們已經籌集了7700萬美元的風險投資，現在已經完成了我們的第一個設計，這是基于RISC-V的一系列AI處理器中的第一個，“ Swift說。

　　名為et - soc1的新芯片包含兩種通用64位RISC-V內核：首先是ET-Maxion，一個超標量無序內核（每個芯片4個）；其次是ET-Minion，一種”更精簡、節能“的有序多線程內核，它包含一個用于機器學習應用的大型協處理器（每個芯片1089個，包括一個服務處理器）。

　　Esperanto公司ET-SoC-1 die圖。圖片由Art Swift提供。

　　芯片擁有238億個晶體管，采用了TSMC公司的7nm技術，直接針對超大規模的數據應用（”特別是推斷，“Swift說）。Swift說，該芯片使用了通用架構，以保護客戶免受ML模型隨著時間的推移可能帶來的不兼容。

　　正如Swift所解釋的那樣，在數據中心應用程序中，ET-Maxion內核可能會被隨附的Intel或AMD主機CPU所取代-但是在邊緣應用程序中，Maxions對于保持低成本至關重要。

　　這些芯片支持pcie4.0和DDR4x RAM（最高32GB），Swift表示，一張PCIe卡上最多可以容納6個芯片。舉個例子，Swift展示了一個開源的Glacier Point 卡，它可以容納6個ET-SoC-1芯片。（”這是我們的全部策略，盡可能地利用開源社區。“）

　　Glacier Point v2卡，最多可容納六個ET-SoC-1芯片。圖片由Art Swift提供。

　　在軟件方面，”我們支持所有常見的機器學習框架，“Swift說，并解釋Esperanto利用Facebook的開源GLOW編譯器作為中心。

　　雖然他們還沒有使用物理硅，但Swift基于芯片仿真共享數據。”當我們將我們的性能與現有解決方案在數據中心的實際測量性能進行比較時，“他說，”我們發現，我們預計在關鍵工作負載（如推薦網絡）上的性能將提高50倍，在圖像分類方面，我們的性能將比現有解決方案高出30倍。“

　　”但可能更令人興奮和更重要的是，“他繼續說，”我們能夠獲得的能源效率。就每瓦特功率的推斷而言，我們希望看到比現有的解決方案高出100倍的能源效率。“

　　Esperanto將ET-SoC-1的性能效率歸因于幾個因素，包括RISC-V的簡單性、ET Minion核心上的機器學習協處理器、”唯一優化“的內存層次結構和定制的低壓電路。

　　Swift反復強調，ET-SoC-1只是Esperanto新產品系列的第一位成員，并解釋說，該芯片的基于圖塊的設計使其易于”擴展至數千個內核或縮減至數百個內核“，以滿足需求。”從超大規模數據中心到邊緣AI以及兩者之間的一切。“

　　Esperanto的聲明緊隨英偉達收購Arm之后，這讓很多人懷疑，收購后大家對RISC-V的興趣和接受度是否會激增。Esperanto還進入了一個越來越擁擠的推理芯片市場，競爭對手包括Xilinx、Mythic、Groq和英特爾的Habana Labs