Conception physique d'un processeur vectoriel RISC-V multicoeur avec une technologie avancée

Dans ce travail, nous présentons CORE-V Polara, un processeur RISC-V vectoriel multicœur et libre de droits conçu pour répondre aux exigences de la haute performance informatique et des charges de travail hautement parallélisables. Ce dernier a été fabriqué en utilisant la technologie 22FDX FD-SOI de GlobalFoundries. En utilisant le cadre OpenPiton comme base, CORE-V Polara intègre l’engin vectoriel Ara dans une configuration multicœur centrée autour du cœur scalaire RISC-V CVA6. Cette approche assure une architecture entièrement libre de droits et hautement évolutive, capable de s’adapter aux besoins changeants de l’informatique moderne. CORE-V Polara utilise une version du processeur Ara optimisé avec des instructions bit-sérielles qui sont spécialement conçues pour accélérer les calculs à faible résolution. Cette spécialisation en fait une option de choix pour accélérer les tâches d’inférence de réseaux neuronaux profonds (DNN), améliorant ainsi l’efficacité et la vitesse de calcul. Ce mémoire propose une méthodologie d’implémentation rigoureuse, s’appuyant sur les outils les plus avancés et reconnus dans l’industrie. Une vérification et une caractérisation, toutes deux exhaustives, ont été menées dans le cadre de cette étude qui a mené à la fabrication d’une puce. Cela témoigne de l’efficacité de notre approche, et démontre que nous avons transformé CORE-V Polara en bien plus qu’une simple proposition théorique. En somme, cet ouvrage offre un aperçu détaillé de l’architecture du processeur, introduit une méthodo-logie d’implémentation physique robuste, et représente une contribution significative dans le domaine des processeurs vectoriels libres de droits.

Abstract

In this research endeavor, we introduce CORE-V Polara, an open-source multi-core vector processor designed to address the demands of high-performance computing and workloads amenable to extensive parallelization. This processor was fabricated using the 22FDX FD-SOI technology from GlobalFoundries. Built upon the OpenPiton framework, CORE-V Polara integrates the Ara vector engine into a multi-core configuration, centered around the CVA6 RISC-V core. This approach provides an open-source and scalable design, accommodating the evolving requirements of contemporary computing. A notable aspect of CORE-V Polara is its inclusion of an optimized Ara processor with specialized bit-serial instructions designed to accelerate low resolution kernel computations. This feature enhances its suitability for expediting deep neural network (DNN) inference tasks, contributing to improved computational efficiency and speed. This thesis proposes a rigorous implementation methodology, leveraging the most advanced and recognized tools in the industry. Exhaustive verification and characterization were con-ducted within the scope of this study, leading to the fabrication of a chip. This attests to the effectiveness of our approach and shows we’ve elevated CORE-V Polara beyond a mere theoretical proposition. In essence, this work provides a detailed overview of the processor’s architecture, introduces a robust methodology for physical implementation, and constitutes a significant contribution in the field of open-source vector processors.