L'architecture RISC-V est relativement nouvelle, mais les entreprises qui l'exploitent pour concevoir des processeurs (CPU) modernes obtiennent de plus en plus des performances parfois comparables à celles des architectures plus vieilles et plus populaires (ARM, x86, x64, etc.). Micro Magic, un exploitant du RISC-V, a annoncé dernièrement avoir conçu le processeur RISC-V 64 bits le plus rapide au monde qui surpasse la puce M1 d'Apple et l'ARM Cortex-A9. Ce CPU est, selon Micro Magic, la matérialisation de la vision de David Patterson, vice-président du conseil d'administration de la Fondation RISC-V, pour l'architecture RISC.RISC-V : une architecture open source de plus en plus populaire
RISC-V est une norme ISA (Instruction Set Architecture) libre et ouverte permettant une nouvelle ère d'innovation en matière de processeurs grâce à la collaboration sur des normes ouvertes. L'ISA RISC-V offre un nouveau niveau de liberté logicielle et matérielle libre et extensible sur l'architecture, ouvrant de ce fait la voie d'autres idées de conception et d'innovations informatiques. Introduite en 2010, elle est utilisée depuis par plusieurs entreprises pour mettre en place des processeurs modernes, notamment la startup américaine SiFive, Microsemi ou encore le géant Western Digital.
Cette architecture du jeu d'instructions est censée concurrencer des standards de l'industrie, comme l'ARM, dont la popularité grimpe en flèche ces dernières années, notamment grâce aux smartphones. À titre d'exemple, le processeur M1, basé sur l'ARM, introduit dernièrement par Apple a fait sensation parmi les enthousiastes, les analystes et l'industrie informatique en général. RISC-V est loin d'atteindre la notoriété de l'ARM ou d'autres architectures du jeu d'instructions, mais les organisations qui l'exploitent revendiquent davantage des performances records.
À ce titre, Micro Magic, une entreprise californienne, connue surtout pour ses outils d'automatisation de la conception électronique (EDA), en parlant du M1 d'Apple, a indiqué que le processeur de la marque à la pomme a fait "jazzer" l'industrie, mais il n'est pas la plus grande innovation du secteur pour cette fin d'année. La société a en effet déclaré qu'il travaillait depuis un moment sur ce qu'il considère comme étant le noyau RISC-V 64 bits le plus rapide du monde. Pour l'avoir essayé, des critiques de l'industrie ont déclaré que le nouveau processeur de Micro Magic offre des performances décentes avec une efficacité record.
Micro Magic revendique le processeur RISC-V le plus rapide au monde
Micro Magic est un fournisseur privé d'EDA basé en Californie, spécialisé dans les outils de mise en page TSV (Through Silicon Via) tridimensionnels. Il prétend pouvoir charger, visualiser et modifier la conception de plus d'un trillion de transistors en temps réel. La société a été fondée en 1995, vendue à Juniper Networks pour 260 millions de dollars, et en 2004, elle a été reprise sous le même nom par les fondateurs d'origine. Les fondateurs, Mark Santoro et Lee Tavrow, ont d'abord travaillé ensemble chez Sun Microsystems et ont dirigé une équipe qui a développé un microprocesseur SPARC à 300MHz.
Selon Andy Huang, un conseiller de Micro Magic et à l'origine de la création du simulateur de circuit FineSim, Santoro était également sous les ordres de Steve Jobs chez Apple. Il y a environ un mois, Micro Magic a fait la démonstration de son noyau RISC-V 64 bits au magasine EETimes. Le magazine a ensuite rapporté que le noyau a atteint 5 GHz et 13 000 CoreMarks à 1,1 V. Le noyau test fonctionnait sur un SBC Odroid. C'est une étape importante, mais en général un seul noyau Micro Magic fonctionne à 0,8V nominal pour fournir 11 000 CoreMarks à 4,25GHz, tout en ne consommant que 200mW.
Micro Magic a annoncé un peu plus tard que le même processeur pouvait fournir plus de 8 000 CoreMarks à 3 GHz tout en ne consommant que 69mW de puissance. Tout d'abord, qu'est-ce que le CoreMark ? Il s'agit d'un outil de benchmarking CPU délibérément simplifié, publié par le Embedded Microprocessor Benchmark Consortium (EMBC), conçu pour être aussi neutre au niveau de la plateforme et aussi simple à construire et à utiliser que possible. CoreMark se concentre uniquement sur les fonctions de base du pipeline d'un CPU, y compris les opérations de base de lecture/écriture, d'entier et de contrôle.
Cela permet d'éviter spécifiquement la plupart des effets des différences entre les systèmes au niveau de la mémoire, des E/S, etc. L'EMBC est un groupe largement représenté dans l'industrie : Intel, Texas Instruments, ARM, Realtek et Nokia sont quelques-uns de ses membres les plus remarquables et les plus facilement reconnaissables.
Comparaison entre la puce M1 d'Apple et celle de Micro Magic
Pour en revenir à la puce M1, Huang a essayé d'expliquer l'importance des performances de Micro Magic par rapport au CPU d'Apple. « En utilisant le benchmark de l'EMBC, nous obtenons 55 000 CoreMarks par Watt. La puce M1 est à peu près l'équivalent de 10 000 CoreMarks avec ce même benchmark. Divisez ce chiffre par huit noyaux et 15W au total, et cela donne moins de 100 CoreMarks par Watt. Le processeur ARM le plus rapide selon les critères de l'EMBC est le Cortex-A9 (quadricœur), avec un chiffre de 22 343 CoreMarks. Divisez ce chiffre par quatre cœurs et 5W par cœur, et vous obtenez 1112 CoreMarks par Watt », a-t-il déclaré.
Il a ensuite expliqué la signification des 200mW de consommation électrique du nouveau CPU de Micro Magic. « Dans les appareils actuels fonctionnant sur batterie, le CoreMarks par Watt est beaucoup plus important que le CoreMarks par Megahertz. Pour un appareil typique de 5W, nous pouvons mettre en place 25 cœurs. Qui peut faire 25 cœurs dans l'industrie de la téléphonie mobile ? La plupart des gens se limitent à quatre cœurs ou huit cœurs. Ainsi, pour les entreprises qui doivent réduire l'utilisation des batteries, comme Tesla, nous pouvons atteindre les performances nécessaires », a-t-il fait savoir.
Huang a déclaré que bien que la société ait opéré avec succès en tant que société de services EDA, elle a l'intention de proposer son nouveau noyau RISC-V aux clients en utilisant un modèle de licence IP. « L'architecture est entièrement évolutive pour l'industrie mobile, pour les PC, l'automobile et les centres de données. Nous sommes entièrement autofinancés, nous ne recherchons donc pas de financement », a-t-il déclaré, cherchant à rassurer les clients potentiels. Bien que plus de détails soient encore à venir, Huang estime que la Micro Magic a véritablement permis d'exploiter les capacités réelles de la vision qu'avait David Patterson de RISC-V.
« Nous apprécions vraiment son architecture. Nous ne faisons qu'étendre les limites de sa vision. Nous avons mis en œuvre la vision du Dr Patterson selon laquelle RISC-V est si élégant qu'il a la capacité de fournir cette puissance », a déclaré Huang à EETimes. Selon les critiques, la capacité d'une petite équipe expérimentée de concepteurs de puces à accomplir une telle tâche suggère une renaissance du design qui pourrait se profiler à l'horizon. Non seulement la puce est plus rapide à faible puissance, mais elle obtient un score plus élevé que les puces Intel et Samsung sur l'indice de référence CoreMark.
L'architecture RISC-V annonce de belles perspectives pour l'avenir
Comparativement à d'autres processeurs, le score de 13 000 CoreMarks obtenu par la puce RISC-V de Micro Magic représente plus du double du score de performance de la puce Exynos basée sur l'ARM. Alors que le Xeon d'Intel est nominalement plus élevé par noyau, à 26 009, la puce Xeon prend toutefois beaucoup plus de threads d'exécution, 120, pour atteindre cette performance. Le Dr Andy Huang a expliqué à ZDNet lors d'une interview téléphonique que la percée réside dans la manière dont le processeur et la mémoire interagissent.
Les deux fondateurs de Micro Magic, Mark Santoro et Lee Tavrow, avaient breveté au début des années 90 une puce de mémoire d'ordinateur SRAM qui était la plus rapide de toutes les mémoires inventées. Le prototype RISC-V présenté dernièrement élimine un goulot d'étranglement qui peut exister avec une mémoire rapide et des puces plus lentes. « Si la mémoire fonctionne à 5 gigahertz et la logique à 1 gigahertz, qui est le goulot d'étranglement ? », s'est interrogé Huang. Selon lui, tout ceci est notamment rendu possible en raison du fait que RISC-V soit une architecture ouverte.
Le fait que RISC-V est ouverte, contrairement à CISC (l'architecture complexe de jeu d'instructions des puces d'Intel, ou même la version de RISC qui se trouve dans les puces ARM), rend possible de faire des choses dans la conception des puces pour résoudre ce goulot d'étranglement, cela d'une manière impossible si les instructions de la puce étaient verrouillées. Pour illustrer ses dires, le conseiller de Micro Magic utilise l'analogie qui existe entre les systèmes d'exploitation mobile Android et iOS, le premier est ouvert et le second est propriétaire.
« J'ai demandé à mon fils pourquoi il préfère un Samsung [smartphone] à Apple, et il m'a répondu que c'est parce que s'il veut que quelque chose change, il a la possibilité de simplement demander à un de ses amis programmeurs de le faire pour lui, parce qu'Android est ouvert, contrairement à iOS », a déclaré Huang à ZDNet. « C'est pourquoi nous attribuons tout notre succès au Dr Patterson. Il a créé l'architecture RISC la plus efficace, la plus élégante, et de loin. Nous devrions l'appeler Saint Patterson », a dit Huang.
L'architecture du jeu d'instructions RISC-V peut réduire les coûts
Ce n'est pas seulement la capacité à bricoler le jeu d'instructions qui rend possible le genre de puce que Micro Magic a montré. Il y a un élément économique qui entre en jeu. À ce propos, selon Huang, contrairement au jeu d'instructions du CISC ou d'ARM, qui ont chacun plus de 1000 instructions, le RISC-V en a moins de cent. Il continue en disant que, grâce à la simplicité du jeu d'instructions de RISC-V, Micro Magic a pu faire fabriquer sa puce à l'aide d'une plaquette de silicium standard sans aucune modification particulière.
Cela permet d'utiliser ce que l'on appelle un "shuttle run", où la puce est regroupée dans le processus de fabrication avec les puces d'autres personnes, sur la même plaquette. Cela peut être beaucoup moins cher parce que le coût de la plaquette est partagé entre de nombreuses puces. « Les gens parlent de 100 millions de dollars pour faire un ASIC personnalisé, une puce réglée pour une application particulière », a observé Patterson dans un entretien avec ZDNet. « Eh bien, ils n'ont pas dépensé 100 millions de dollars pour faire cela », a déclaré Patterson, louant les prouesses de Micro Magic.
Bien que Patterson et Huang ne l'aient pas souligné, il y a un deuxième élément économique en jeu. Il est beaucoup plus facile d'utiliser une plateforme lorsque vous n'avez pas de frais généraux liés au paiement d'une licence ARM, qui doit ensuite être amortie sur de nombreuses puces. Dans un certain sens, cela veut dire que RISC-V peut potentiellement promouvoir l'approche par "micro-batch" que l'on retrouve dans de nombreuses lignes de produits modernes, des brasseries aux fromages en passant par les vêtements.
La question de l'économie est provocante si l'on considère que Nvidia, l'un des plus grands fabricants de puces au monde, est en train d'acheter ARM pour 40 milliards de dollars. Cette vente permettrait à Nvidia de récolter les royalties de la propriété intellectuelle d'ARM et de dicter la feuille de route du développement des instructions pour les puces les plus utilisées dans le monde. Patterson et Huang sont confiants que l'adoption de l'architecture RISC-V va s'accélérer dans les années, ou peut-être les mois, à venir. « Dans cinq ou dix ans, RISC-V pourrait être le jeu d'instructions le plus important au monde », a déclaré Patterson.
Source : EETimes
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