Аннотация:
В современных персональных компьютерах видеокарта обычно рассматривается как огромный вычислительный механизм, состоящий из тысяч потоковых процессоров, предназначенных для высокопараллельной обработки графики и вычислений искусственного интеллекта. Однако, согласно последнему углубленному анализу, проведенному сообществом разработчиков аппаратного обеспечения и соответствующим техническим персоналом, на самом деле внутри современных графических процессоров NVIDIA скрыты десятки процессорных ядер RISC-V, основанных на архитектуре открытого набора команд.
Эти ядра с низким энергопотреблением играют чрезвычайно важную роль в качестве «микроцентрального процессора» внутри чипа видеокарты и даже полностью взяли на себя работу по управлению драйверами видеокарты и планированию оборудования, которые изначально требовали основного процессора системы.
Поскольку NVIDIA постепенно внедрила архитектуру RISC-V с открытым исходным кодом на основе архитектуры Turing и архитектуры Ampere, эти легкие ядра, называемые GSP (процессор графической системы), и различные базовые блоки управления были тайно встроены во весь чип. Внутри типичной видеокарты NVIDIA GeForce или RTX для рабочих станций имеются десятки специализированных вспомогательных ядер RISC-V, отвечающих за ряд тяжелых и деликатных низкоуровневых системных задач, начиная от управления контроллером памяти, мониторинга питания и температуры, безопасных криптографических вычислений и управления конвейером вывода.
Наиболее важным изменением является реконструкция Nvidia архитектуры прошивки GSP. В ранних разработках видеокарт большая часть работы по аппаратному планированию и трансляции инструкций драйвера выполнялась системным процессором на материнской плате. Это не только занимало вычислительные ресурсы основного процессора, но и легко приводило к ненужным системным задержкам. В настоящее время NVIDIA перенесла большую часть логики выполнения драйверов в специализированный контроллер RISC-V (т. е. GSP) внутри чипа видеокарты, завершив планирование и управление инструкциями в реальном времени непосредственно внутри видеокарты, полностью освобождая нагрузку на процессор хоста и значительно уменьшая задержку отклика при рендеринге графики.
Помимо повышения производительности драйверов, введение большого количества ядер RISC-V также значительно повышает безопасность и аппаратную модульность видеокарты. Эти легкие ядра используют высокозакрытое и зашифрованное встроенное ПО системы, создавая независимый аппаратный корень доверия (Root of Trust) для видеокарты, эффективно блокируя риск безопасности, связанный с использованием вредоносных драйверов для вторжения в базовые каналы видеокарты. В то же время, благодаря стандартизированной архитектуре RISC-V, команда исследований и разработок NVIDIA может быстро итеративно обновлять внутренний микрокод и базовые функциональные модули без полной реконструкции общей логики чипа.
Эволюция внутренней логики графических процессоров NVIDIA полностью демонстрирует, что современные видеокарты больше не являются просто сопроцессорами параллельных вычислений, а представляют собой сложные системы на кристалле (SoC), которые тесно интегрированы с несколькими выделенными процессорами. Этот базовый дизайн глубокой внутренней интеграции архитектуры RISC-V с открытым исходным кодом не только является скрытым барьером для NVIDIA для сохранения высокой производительности своей видеокарты и технологических монопольных преимуществ, но также ясно демонстрирует огромную ценность архитектуры набора команд с открытым исходным кодом как невидимой опоры в ведущих коммерческих полупроводниковых продуктах.
Комментарии