英特爾 Piuma 來了！1.384 億線程，秒殺一眾 X86 芯片

來源：雷科技數碼 3C 組 | 編輯：TSknight | 排版：LIN

(相關資料圖)

去年 3 月份，英特爾在更換了新的 CEO 后，除了加大力度推進各個現有領域的研究計劃外，還將投資的目光看向了固有市場之外的領域，比如正在悄然崛起的 RISC-V。

RISC-V 對于多數人而言或許都是一個陌生的名詞，但是在半導體領域，這個架構正在吸引越來越多的投資和關注，在國內，RISC-V 被認為將會是我們彎道超車的機會，如阿里、華為等國內科技巨頭都在押注該架構。

實際上，RISC-V 已經成為繼 x86 和 ARM 之后的第三大架構，在全球市場占有一定的份額，當然，如果計算具體的份額占比，那么 RISC-V 距離 x86 和 ARM 還有一段相當遙遠的距離。RISC-V 的前身 RISC，是曾經一度與 CISC（x86）并駕齊驅，甚至在服務器等領域的占比還超過了 CISC。

圖源：wiki

后來的故事大家都已經知道了，在與 CISC 的戰爭中，RISC 最后成為落敗的一方，市場被 x86 完全占領，隨后整個 RISC 陣營近乎土崩瓦解，不少公司都開始轉投其他市場和架構。但是，仍然有人沒能忘記 RISC，經過多年的整合與調整，被命名為 RISC-V 的第五代 RISC 架構正式發布，以此為基礎，一個全新的 RISC 聯盟成立，華為等企業目前都是該行業聯盟的高級會員。

在 RISC 聯盟的高級會員名單中，英特爾的名字顯然是最顯眼的，作為曾經以一己之力擊敗 RISC 陣營的公司，英特爾主動加入這個聯盟總有一種 " 黃鼠狼給雞拜年 " 的感覺。不過，現在看來英特爾并非來攪局的，他們對于 RISC-V 架構有著自己的獨特認知，并且正在將這個架構應用到自己的新產品線中。

圖源：RISC-V

" 最了解你的，往往是你的敵人 "，作為 RISC 架構曾經以及未來的最大對手，英特爾對 RISC 架構的研究其實一直沒有暫停，所以也讓他們有著更多的資本來融入這個新的聯盟。在去年 3 月宣布投資 10 億美元進行 RISC-V 架構的處理器研發后，經過一年半的時間，英特爾正式向外界公布了自己的成果—— Piuma。

Piuma 是一顆特殊的芯片，特殊在于它雖然只有 8 個核心，但是卻有 528 個線程，單核擁有 66 個線程，可以說在 Piuma 面前，單論多線程性能所有的 x86 芯片都要自愧不如。令人驚訝的線程數背后，還有更恐怖的互聯性能，基于特殊設計打造的光學互聯芯片，可以讓最多 131072 個 Piuma 芯片互連，組成一個擁有 1680 萬個核心，1.384 億個線程和 512PB 共享內存的龐然大物。圖源：intel

在這個規模的處理器陣列面前，傳統的 x86 架構服務器多少有點不夠看，在英特爾設計人員的計劃里，Piuma 能夠以傳統處理器百倍的速度處理圖形分析工作。

不過，Piuma 并非一個很新穎的概念，類似的產品此前也誕生過，那么 Piuma 的特殊之處在哪里呢？特殊在英特爾聯合另一家公司，為其打造了一個特殊的光纖互聯系統。

圖源：intel

在光纖的幫助下，Piuma 的互聯帶寬高達 1TB/s，使其能夠快速傳輸數據，而且相較于傳統的銅線連接，光纖的延遲要低很多，使得大規模處理器陣列的搭建變得更加輕松。

或許大家都會好奇，傳統的 x86 處理器往往只能做到單核雙線程，Piuma 是如何做到一核六十六線程的？又是如何在獲得充足的多線程性能同時保持一定單線程處理能力的？

據英特爾介紹，Piuma 芯片內設計有六個數據管道，其中四個中內置了 16 個線程，用于處理零散且多的數據，此外還有兩條管道則是單線程設計，線程性能是多線程管道中單條線程的八倍。

圖源：intel

有點類似于如今主流 x86 處理器所采用的大小核設計，只不過兩者的順序有所調換，多線程管道低主頻但是多并發，主要負責處理零散任務，當遇到需要更多性能去處理，或是任務集群執行到最后一個任務線程時，處理器會將任務轉交給單線程管道，騰出多線程管道空間運行下一個任務。

如此一來就能最大限度地利用各個線程，同時處理大量的零散數據，在遇到偶然的大體量任務時，則可以由高性能的單線程管道進行處理，避免其長時間占用多線程管道。

同時，Piuma 的八個內核都有獨立的定制 DDR5 內存控制器，加上精簡指令集的幫助，可以讓單個最低訪問粒度為 8 字節，遠小于普通 x86 處理器的 72 字節，意味著 Piuma 可以更精準的調整內存占用，使得單核超線程的性能不會受制于內存調用。

傳統的 x86 架構處理器面對這些低負荷卻繁多的任務需求，往往難以發揮出單個線程全部的性能，100% 的性能卻只發揮出 10% 甚至更少，而且還無法同時對多個任務進行處理，導致性能大幅度空置。

x86 架構的優劣勢就是如此，雖然該架構可以打造出目前半導體市場中單線程性能最強的處理器，但是面對多而小的任務時，疲弱的多線程設計往往讓 x86 架構處理器無所適從。在這個方面，ARM 的表現都遠優于 x86，隨著圖形分析等小體量卻多次數的任務需求增加，x86 架構已經難以應對這些繁復的工作。

但是，x86 所不擅長的工作，卻恰好是 RISC-V 的強項，作為一個更精簡、高效且開放的架構，RISC-V 的設計師可以輕松進行針對性修改，只需要遵循基礎的指令集，就可以在此基礎上打造出專屬的處理器。

簡單打個比喻，如果你想打造一輛車，要求是在直線跑道里跑得足夠快，x86 卻依然要求你留下諸如剎車、方向盤、轉向裝置等各種普通汽車該有的結構。而在 RISC-V 里，你可以將兩個輪子裝在一個火箭發動機上，然后宣布這就是你的新車，它或許無法處理多樣化的任務，但是卻能夠跑出最高的直線速度。

RISC-V 的優勢在于其不同于 x86 的指令集邏輯，RISC-V 可以更高效地處理小體量但多次數的重復任務，通過更精確的任務分配，讓每個線程都發揮出最大的性能，同時利用指令集特性快速分配任務線程，提高整個系統的運行效率。

圖源：intel

正是基于這個特性，Piuma 才能夠做到八核五百二十八線程的超級多線程設計，雖然單線程的處理性能遠低于 x86 架構處理器，但是卻可以滿足多并發的任務需求。隨著人工智能等市場需求的增長，阿里的平頭哥等企業都在基于 RISC-V 架構打造對應的多并發處理器，如今已經活躍于各個領域。

隨著 ChatGPT 等 AI 大模型成為主流趨勢，以 RISC-V 架構打造的處理器更符合 AI 大模型的實際運行場景，大量的短字節文字信息在常規的數據中心里處理會浪費大量的算力，而在以 RISC-V 處理器為核心搭建的數據中心里，短字節數據可以被精準分配到各個線程中處理，顯著提升處理效率。

不過，想要打造出英特爾計劃中的超大處理器集群，還有許多問題需要解決，目前英特爾的 Piuma 芯片在實際使用時，光纖的帶寬只有理論帶寬的一半，而且因為光纖發熱問題，導致在實際使用中故障頻發，需要經常檢查和更換光纖連接線，以至于英特爾目前最多也只是將兩顆 Piuma 芯片進行連接而已。

圖源：intel

可以說，在光纖材料的難題解決之前，英特爾設想的超大處理器集群都還只停留在 PPT 上，但是，如果可以解決材料問題，我們將可以創造出更契合 AI 大模型的服務器集群。

End