Resumo:
Nos computadores pessoais modernos, a placa gráfica é geralmente considerada um enorme mecanismo de computação composto por milhares de processadores de fluxo dedicados à renderização de gráficos altamente paralelos e aos cálculos de inteligência artificial. No entanto, de acordo com a última análise aprofundada da comunidade de desenvolvimento de hardware e do pessoal técnico subjacente, existem na verdade dezenas de núcleos de processador RISC-V baseados na arquitetura de conjunto de instruções aberto escondidos dentro das modernas GPUs NVIDIA.
Esses núcleos de baixo consumo de energia desempenham um papel extremamente crítico como uma "unidade de processamento micro central" dentro do chip da placa gráfica e assumiram completamente o gerenciamento do driver da placa gráfica e o trabalho de agendamento de hardware que originalmente exigia a CPU principal do sistema.
Desde que a NVIDIA introduziu gradualmente a arquitetura RISC-V de código aberto da arquitetura Turing e da arquitetura Ampere, esses núcleos leves, chamados GSP (Graphics System Processor) e várias unidades de gerenciamento subjacentes, foram secretamente incorporados em todo o chip. Dentro de uma placa gráfica típica de estação de trabalho NVIDIA GeForce ou RTX, existem dezenas de núcleos auxiliares RISC-V especializados, responsáveis por uma série de tarefas de sistema pesadas e delicadas de baixo nível, que vão desde gerenciamento de controlador de memória, monitoramento de energia e temperatura, cálculos criptográficos seguros para exibir controle de pipeline de saída.
A mudança mais crítica é a reconstrução da arquitetura de firmware GSP da Nvidia. Nos primeiros projetos de placas gráficas, a maior parte do trabalho de agendamento de hardware e tradução de instruções de driver era concluída pela CPU do sistema na placa-mãe. Isso não apenas ocupou os recursos de computação da CPU principal, mas também introduziu facilmente atrasos desnecessários no sistema. Hoje em dia, a NVIDIA migrou a maior parte da lógica de execução do driver para o controlador RISC-V especializado (ou seja, GSP) dentro do chip da placa gráfica, completando o agendamento e gerenciamento em tempo real de instruções diretamente dentro da placa gráfica, liberando completamente a carga da CPU do host e reduzindo significativamente a latência de resposta da renderização gráfica.
Além de melhorar o desempenho do driver, a introdução de um grande número de núcleos RISC-V também aumenta muito a segurança e a modularidade do hardware da placa gráfica. Esses núcleos leves executam firmware de sistema altamente fechado e criptografado, estabelecendo uma raiz de confiança de hardware independente (Root of Trust) para a placa gráfica, bloqueando efetivamente o risco de segurança do uso de drivers maliciosos para invadir os canais subjacentes da placa gráfica. Ao mesmo tempo, por meio da arquitetura RISC-V padronizada, a equipe de P&D da NVIDIA pode atualizar rapidamente o microcódigo interno e os módulos funcionais subjacentes de forma iterativa, sem reconstruir completamente a lógica geral do chip.
A evolução da lógica interna das GPUs NVIDIA demonstra plenamente que as placas gráficas modernas não são mais simplesmente coprocessadores de computação paralela, mas sistemas complexos em chips (SoCs) altamente integrados com diversas unidades de processamento dedicadas. Este projeto central de profunda integração interna da arquitetura RISC-V de código aberto não é apenas uma barreira oculta para a NVIDIA manter o alto desempenho de sua placa gráfica e as vantagens do monopólio tecnológico, mas também demonstra claramente o enorme valor da arquitetura de conjunto de instruções de código aberto como um pilar invisível nos principais produtos semicondutores comerciais.
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