大规模并行计算存储解决方案，硬盘驱动器（HDD）和固态磁盘驱动器（SSD）以及存储结构体系结构（例如以太网捆绑闪存（EBOF））的设计人员可以利用RISC-V独特而灵活的计算体系结构。 ）或一堆Flash（JBOF）来实现高性能解决方案。本文将研究RISC-V内存管理在片上系统（SoC）设备中的使用，RISC-V如何增强HDD的性能，RISC-V如何在计算存储应用中与HDD和SSD一起使用结束时，我们将介绍针对RISC-V优化的两种开源架构体系结构中国机械网okmao.com。
特定领域的加速器（DSA），例如压缩/解压缩单元，随机数生成器和网络分组处理器，在SoC设计中变得越来越普遍。标准I / O互连（例如高级可扩展接口（AXI）总线）通常用于连接DSA和内核。基于RISC-V的SoC可以以新颖的方式用于将DSA与内核连接并优化高带宽数据传输。在典型的体系结构中，直接内存访问（DMA）引擎用于将DSA连接到双倍数据速率（DDR），低功耗DDR（LPDDR）或高带宽存储器（HBM）的存储库。RISC-V支持特定于应用程序的功能的实现，这些功能支持大规模并行计算存储解决方案。
在使用DMA引擎的常规方法（在下图的左侧）中，数据传输通常涉及首先分配最后一级缓存（LLC）数据。如果传输的数据量大于LLC的大小，则可能会大大降低访问速度。
与首先在“最后一级高速缓存”中分配数据的常规方法（左侧）相比，RISC-V可以使用另一种方法将数据直接写入内存（右侧）。图片：SiFive）
RISC-V的使用提供了一种替代方法（在图的右侧），可以绕过LLC直接将数据写入内存。可以将数据标记为未缓存并直接写入内存，也可以将其标记为已缓存，并且DMA引擎可以告知LLC不要缓存内存，而是将其写入内存。第二种方法更加复杂，因为数据被标记为可缓存，并且任何其他缓存的数据副本都必须在处理器组合体内无效。
RISC-V提供了几种用于连接内核和DSA的选项。使用网状拓扑的典型实现具有固定的路径路由，并且互连可以保证排序，从而允许对DSA内存进行非常高的带宽访问。RISC-V还包括两种可选的I / O排序模式。可以非常有选择地使用非常保守的I / O排序模式，以确保按需进行强排序。RISC-V还为I / O加载和存储可以重新排序的高带宽应用提供了轻松的订购模式。
HDD，SSD和计算存储
RISC-V处理器为HDD，SSD和计算存储带来了许多好处。从HDD开始，RISC-V可以支持子孙后代需要的超精密运动控制定位。五年之内，HDD容量有望达到50TB。为了达到该容量水平，将需要能够移动到磁盘上比人发束的宽度小30,000倍的位置的定位精度。要以必要的速度实现这种精度水平，就需要大量的实时计算。定制RISC-V ISA的能力有望成为实现该性能的关键因素。
例如，希捷的工程师最近为HDD应用程序设计了两个RISC-V内核。较低性能的内核针对轻量级和安全性至关重要的设计进行了优化。与当前的非RISC-V解决方案相比，更高性能的内核在实时HDD应用程序中可提供高达三倍的性能。
HDD和SSD的制造商期望使用RISC-V可以带来更低的延迟，更低的功耗，更高的驱动器容量，存储驱动器中的内部计算能力以及为网络边缘创建的数据带来的更高安全性。基于HDD和基于SSD的计算存储设备并非旨在取代服务器中的高性能CPU。他们希望与他们合作并提高系统的处理效率。
基于RISC-V的计算HDD将能够在驱动器级别处理数据，而不是将其移动到应用程序服务器。这将减少网络流量并消除I / O瓶颈。如果它们在商业上取得成功，这些基于HDD的计算驱动器将为计算SSD提供低成本的替代方案。依赖于边缘设备数据的实时分析，人工智能和机器学习任务有望从计算HDD的开发中受益。
记忆面料，EBOF和JBOF
将“闪存堆”内存连接到结构上的非易失性存储器（NVMe-oF）网络的两种常见方法是使用以太网创建以太网闪存（EBOF）或PCIe交换机仅创建一组闪存。 Flash（JBOF）。EBOF和JBOF都使用NVMe-oF连接回服务器。
除了以太网与PCIe交换之外，JBOF和EBOF之间的主要区别在于发生NVMe到NVMe-oF的转换。使用一个或多个DPU在机架的外围进行JBOF桥接的转换。在EBOF中，桥接发生在SSD托盘或机箱内。这两种方法之间需要权衡：JBOF使用DPU的（本地）处理功能来运行存储服务以提供更好的整体系统性能，但是与EBOF方法相比，这可能是一个瓶颈，而且成本更高，消耗的功率也更多。 。
RISC-V International和CHIPS（用于接口，处理器和系统的通用硬件）联盟已开始进行联合合作，以更新OmniXtend缓存一致性规范和协议，并为OmniXtend建立开发工具。OmniXtend由Western Digital最初开发，是一种开放式缓存一致性协议，它利用现代以太网交换机的可编程性来使处理器的缓存，内存控制器和加速器直接在兼容以太网的结构上交换一致性消息。它是一种开放式解决方案，用于将持久性内存有效地附加到处理器，并提供潜在的未来高级结构，这些结构可以连接计算，存储，内存和I / O组件。
组成了一个OmniXtend联合工作组，该工作组将致力于为多核计算体系结构创建一个开放的，缓存一致的统一内存标准。OmniXtend规范和协议将被更新。将扩展体系结构仿真模型，将开发参考寄存器传输级别（RTL）实施，并将建立验证工作台。
RISC-V和Gen-Z织物
Gen-Z是基于开放系统结构的体系结构，旨在互连处理器，存储设备和加速器。Gen-Z通过启用资源供应和共享来支持各种应用程序，从而随着对不同资源的应用程序需求的变化提供灵活的系统配置。Gen-Z的开发旨在提供更高的性能，更高的带宽和更低的延迟，软件效率，功率优化以及更高的安全性。Gen-Z结构的一些功能包括：
内存和内存控制器在Gen-Z中进行了抽象，从而支持各种内存媒体类型的部署。可以透明地支持多代存储设备和新的存储介质技术。
FPGA加速器，存储器模块，非易失性存储器模块和GPU等各种组件可以脱机使用，并根据需要独立更换和升级。
Gen-Z结构是可重新配置的，可以适应现有的和尚待开发的以内存为中心的应用程序的各种资源需求。
Gen-Z架构管理安全可靠，并且与现有管理工具兼容。它利用诸如管理组件传输协议（MCTP）之类的行业标准协议来实现快速部署。
Gen-Z支持强大的硬件强制分区和安全框架，以保护结构免受网络威胁。
互操作性使Gen-Z能够有效地在多个组件之间传输标准和自定义的通信，从而使客户和供应商能够快速创新和部署新功能和服务。
Gen-Z的开放规范使它可以免费集成到任何解决方案中，并且对重复使用没有任何限制。
RISC-V的大型地址空间，安全的特权执行环境以及可扩展的ISA补充了Gen-Z的可扩展性，内置安全性以及硬件强制的隔离以及强大且易于扩展的功能。此外，Gen-Z正在使用多个处理器和加速器创新机会，其中包括：Gen-Z内存管理单元（ZMMU）可透明地支持任何规模的内存，PCIe®增强配置访问方法（PECAM）和逻辑PCIe设备（LPD）可实现大规模的横向扩展存储解决方案，而无需额外的互连和网关插入处理器或加速器与数据之间。
概括
如图所示，大型并行计算存储解决方案，HDD和SSD以及诸如EBOF或JBOF之类的存储架构体系结构的设计人员可以利用RISC-V独特而灵活的计算体系结构来实现高性能解决方案。此外，针对RISC-V对开放源代码结构进行了优化。