新型RISC-V CPU的每瓦性能创纪录

位于加利福尼亚州桑尼维尔的小型电子设计公司Micro Magic Inc.生产的原型CPU的效率是世界领先竞争对手的几倍，同时保留了合理的原始性能。

我们最早在本周早些时候注意到Micro Magic的声明，当时EE Times报道了该公司的新原型CPU，这似乎是世界上最快的RISC-V CPU。 Micro Magic顾问Andy Huang声称，该CPU可以在5GHz和1.1V下产生13,000个CoreMark（稍后再介绍），同时在4.25GHz上输出11,000个CoreMark，而后者仅消耗200mW。 Huang向EE Times展示了在Odroid板上运行的CPU在4.327GHz / 0.8V和5.19GHz / 1.1V的性能。

同一周晚些时候，Micro Magic宣布同一款CPU可以在3GHz的频率下生产8,000多个CoreMark，而仅消耗69mW的功率。

评估Micro Magic的新CPU要求的部分困难在于确定CoreMark是什么以及制造一个快速CPU需要多少个MarkMark。它是由嵌入式微处理器基准联盟（Embedded Microprocessor Benchmark Consortium）发行的故意简化的CPU基准测试工具，旨在与平台无关，并且易于构建和使用。 CoreMark仅专注于CPU的核心管道功能，包括基本的读/写，整数和控制操作。这特别避免了内存，I / O等系统差异的大部分影响。

嵌入式微处理器基准联盟（EMBC）是一个具有广泛行业代表的组织：英特尔，德州仪器，ARM，Realtek和诺基亚是其更著名，更容易识别的成员。

现在我们已经了解了所有内容，为了更好地评估Micro Magic的主张，下一步是运行我们自己的一些CoreMark基准测试。我们要做的就是克隆其GitHub存储库，然后发出make命令-可选地，参数XCFLAGS =＆＃34; -DMULTITHREAD = 8 -DUSE_FORK = 1＆＃34;如果我们要一次测试多个线程/内核。

我仍然手头有Apple M1 Mac Mini，以及配备Ryzen 7 4700U的Acer Swift 3，因此这些是我的测试系统。获得原始性能得分比获得真正可比的功率读数要容易得多。在基于Ryzen的Linux系统上，我在测试运行时使用了实用程序turbostat来获取Core和Package功率读数。

我无法获得与苹果M1的涡轮增压器几乎一样细粒度的任何东西，因此对于该平台，我在墙上消耗了整个系统的功耗，只是从持续的读数中减去台式机空闲时的读数，而在测试中。这非常粗糙，我告诫读者不要仅仅依靠这些数字就将M1的效率与Swift 3的效率进行比较，但是它足以让人们对Micro有所了解Magic声称其新的RISC-V（发音为“风险五”）CPU。

目前，Micro Magic CPU是单核和单线程的-尽管Huang表示可以“轻松地”实现。被构建为25核心部分。 Micro Magic提供了3 GHz，4.25 GHz和5 GHz的性能数据（在一种情况下，还提供了屏幕截图）。在最高能效的3GHz时钟频率下，Micro Magic CPU的得分大约是Ryzen 4700u或Apple M1的CoreMark的四分之一。以最高性能的5GHz时钟，它可以管理其性能的三分之一以上。

这足以让我们知道，当前形式的Micro Magic芯片不是手机或笔记本电脑应用中传统ARM和x86 CPU的世界级竞争对手，但与以前的RISC相比，它们更接近它们-V实现了。以节电高效的3GHz时钟频率，Micro Magic CPU比运行单线程的SiFive的Freedom U540 CPU快三倍。在5GHz时，它超出了SiFive的所有四个内核。

Micro Magic CPU的性能大约是世界领先的x86和ARM移动处理器的四分之一，听起来还不是很多。但是，当我们将功率效率考虑在内时，事情就会变得疯狂。生成上述图表时，我为Ryzen和Apple处理器带来了所有可能的疑问—我在Ryzen 4700U上使用了核心电源（而不是总包装电源），并在Gnome3台式机关闭的情况下进行了测试。对于Apple，我只能使用整个系统的功耗，因此我减去了“桌面空闲”。测试中的功率消耗功率消耗。

在检查电源效率时，我测试了单线程和多线程的Apple和AMD CPU。毫不奇怪，当每个可用CPU线程使用一个工作线程进行锻炼时，这两个部件每瓦产生的性能都会更高。在Micro Magic的电源效率领先优势中，这些都没有太大的影响。

在4.25 GHz频率下，Micro Magic可以完成与Ryzen 4700U相同的工作量，而所需功率不到三分之一。在3GHz时，该数字下降到所需功率的不到八分之一。

Linux操作系统已经支持RISC-V架构，因此对于无头或近无头控制器，只需提供出色的性能和极高的能效，Micro Magic的新CPU可能就是其中的大部分方式。当然，一旦您开始谈论整个消费者友好型系统，事情就会变得相当复杂。即使不考虑诸如GPU和LTE调制解调器之类的硬件考虑，基于非ARM架构创建完整的Android手机也可能是一项艰巨的任务。

话虽如此，值得指出的是-如果我们将Micro Magic的数字视为理所当然的话-它们已经超过了某些坚固的手机CPU的性能。即使以效率为先的3GHz时钟频率，Micro Magic CPU的性能也超过了Qualcomm Snapdragon820。Snapdragon820不再是世界一流的，但它也毫不逊色-它是美国的处理器。版本的三星Galaxy S7。

如果我们使用EMBC发布的Snapdragon 820单核分数以及Anandtech的单核CPU功率测试结果，则每瓦可获得约16,000 CoreMarks。这是Ryzen 4700u运行单线程的效率的三倍，并且比Ryzen运行最佳多线程工作负载时的效率要高一些。

换句话说，Micro Magic的原型CPU与合理的现代且功能仍然非常强大的智能手机CPU相比，显着提高了速度并显着提高了能效。

所有这些听起来都非常令人兴奋-Micro Magic的新原型使用Linux已经在本机上运行的指令集以稳定的功率预算提供了可靠的智能手机级性能。更好的是，公司本身并不是一个未知数。

Micro Magic最初成立于1995年，并以2.6亿美元的价格被Juniper Networks收购。 2004年，它由最初的创始人Mark Santoro和Lee Tavrow改名，他们最初在Sun工作，并领导了开发300MHz SPARC微处理器的团队。

Micro Magic打算使用IP授权模型向客户提供其新的RISC-V设计。设计的简单性-RISC-V大约需要现代ARM架构所需操作码的十分之一-进一步简化了制造问题，因为RISC-V CPU设计可以构建在穿梭运行中，与其他设计共享晶片上的空间。

话虽如此，将整个智能手机生态系统（例如商用Android）移植到新架构将是一项巨大的任务。除了构建操作系统本身（不仅是内核）以外，还构建从GPU到Wi-Fi到LTE调制解调器等所有硬件的驱动程序，以及更多，第三方应用程序开发人员还需要重新编译自己的应用程序以适应新架构。

我们仍按面值收取相当数量的Micro Magic索赔。 尽管我们已经看到了CoreMark得分为8,200的屏幕截图，并且看到了69mW的功率读数，但是还不清楚是否功率读数可以代表整个基准测试。 尽管如此，这仍是令人兴奋的发展。 新设计不仅在大幅度打破效率记录的同时表现良好，而且在意识形态上比竞争对手更具开放性。 与x86，ARM甚至MIPS不同，RISC-V ISA是开放的，并在免版税的许可下提供。