Zusammenfassung:
In modernen Personalcomputern wird die Grafikkarte normalerweise als riesige Rechenmaschine betrachtet, die aus Tausenden von Stream-Prozessoren besteht, die für die hochparallele Grafikwiedergabe und Berechnungen mit künstlicher Intelligenz zuständig sind. Laut der neuesten eingehenden Analyse der Hardware-Entwicklungsgemeinschaft und des zugrunde liegenden technischen Personals sind jedoch in modernen NVIDIA-GPUs tatsächlich Dutzende von RISC-V-Prozessorkernen basierend auf der offenen Befehlssatzarchitektur verborgen.
Diese stromsparenden Kerne spielen eine äußerst wichtige Rolle als „Mikro-Zentraleinheit“ im Grafikkartenchip und haben sogar vollständig die Grafikkartentreiberverwaltung und Hardwareplanungsarbeit übernommen, für die ursprünglich die Hauptsystem-CPU erforderlich war.
Seit NVIDIA nach und nach die Open-Source-RISC-V-Architektur aus der Turing-Architektur und der Ampere-Architektur eingeführt hat, wurden diese leichten Kerne, GSP (Graphics System Processor) genannt, und verschiedene zugrunde liegende Verwaltungseinheiten heimlich im gesamten Chip eingebettet. In einer typischen NVIDIA GeForce- oder RTX-Workstation-Grafikkarte befinden sich Dutzende spezialisierter RISC-V-Hilfskerne, die für eine Reihe schwerer und heikler Systemaufgaben auf niedriger Ebene verantwortlich sind, die von der Speichercontrollerverwaltung über die Energie- und Temperaturüberwachung bis hin zu sicheren kryptografischen Berechnungen und der Steuerung der Display-Ausgabe-Pipeline reichen.
Die kritischste Änderung ist die Neugestaltung der GSP-Firmware-Architektur durch Nvidia. Bei frühen Grafikkartendesigns wurde der Großteil der Hardware-Planung und Übersetzung von Treiberanweisungen von der System-CPU auf dem Motherboard erledigt. Dies beanspruchte nicht nur die Rechenressourcen der Haupt-CPU, sondern führte auch leicht zu unnötigen Systemverzögerungen. Heutzutage hat NVIDIA den Großteil der Treiberausführungslogik auf den speziellen RISC-V-Controller (d. h. GSP) im Grafikkartenchip migriert, wodurch die Echtzeitplanung und -verwaltung von Anweisungen direkt in der Grafikkarte abgeschlossen wird, wodurch die CPU-Last des Hosts vollständig entlastet und die Reaktionslatenz beim Grafik-Rendering deutlich reduziert wird.
Neben der Verbesserung der Treiberleistung verbessert die Einführung einer großen Anzahl von RISC-V-Kernen auch die Sicherheit und Hardware-Modularität der Grafikkarte erheblich. Auf diesen leichten Kernen läuft eine hochgradig geschlossene und verschlüsselte System-Firmware, die einen unabhängigen Hardware-Vertrauensanker (Root of Trust) für die Grafikkarte bildet und so das Sicherheitsrisiko effektiv blockiert, das durch die Verwendung bösartiger Treiber zum Eindringen in die zugrunde liegenden Kanäle der Grafikkarte entsteht. Gleichzeitig kann das NVIDIA-Forschungs- und Entwicklungsteam durch die standardisierte RISC-V-Architektur den internen Mikrocode und die zugrunde liegenden Funktionsmodule schnell iterativ aktualisieren, ohne die Gesamtlogik des Chips vollständig neu zu erstellen.
Die Entwicklung der internen Logik von NVIDIA-GPUs zeigt deutlich, dass moderne Grafikkarten nicht mehr nur einfach parallel rechnende Co-Prozessoren sind, sondern komplexe System-on-Chips (SoCs), die hochgradig integriert sind und über mehrere dedizierte Verarbeitungseinheiten verfügen. Dieses Kerndesign der tiefen internen Integration der Open-Source-RISC-V-Architektur stellt nicht nur ein verstecktes Hindernis für NVIDIA dar, die hohe Leistung seiner Grafikkarten und seine Technologiemonopolvorteile aufrechtzuerhalten, sondern zeigt auch deutlich den enormen Wert der Open-Source-Befehlssatzarchitektur als unsichtbare Säule in kommerziellen Spitzenhalbleiterprodukten.
Kommentare