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中国首款异构计算处理器 为何能在业界处于领先地位?

导读: 随着近几年天河2号和神威太湖之光相继在全球超级计算机公布的TOP500刷榜。在超级计算方面异构计算已经基本取代了同构计算,而且随着Intel着力发展CPU+FPGA,AMD大力研发CPU+GPU,异构计算也将越来越多的进入人们的视野。

  随着近几年天河2号和神威太湖之光相继在全球超级计算机公布的TOP500刷榜。在超级计算方面异构计算已经基本取代了同构计算,而且随着Intel着力发展CPU+FPGA,AMD大力研发CPU+GPU,异构计算也将越来越多的进入人们的视野。在国外公司积极布局异构计算的同时,国内公司也不甘落后。日前,中国华夏芯公司宣布,其异构计算处理器IP核已经在硅片上成功实现,并已通过HSA(异构系统架构)一致性测试。公司还宣布了新的机器学习和深层神经网络的开源项目,旨在进一步推动HSA异构计算的发展。

  目前,在HSA协会的推动下,异构计算有向越来越多的领域侵蚀的趋势。那么,什么是异构计算?发展前景究竟如何?中国首个异构计算处理器又凭什么在业界处于领先地位呢?

  什么是异构计算

  同构计算是使用相同类型指令集和体系架构的计算单元组成系统的计算方式。而异构计算主要是指使用不同类型指令集和体系架构的计算单元组成系统的计算方式,常见的计算单元类别包括CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA等。异构计算用简单的公式可以表示为“CPU+XXX”。举例来说,AMD着力发展的APU就属于异构计算,用公式表示就是CPU+GPU。

  中国首款异构计算处理器 为何能在业界处于领先地位?

  由于术业有专攻,CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA各有所长,在一些场景下,引入特定计算单元,让计算系统变成混合结构,就能让CPU、GPU、DSP、FPGA执行自己最擅长的任务。如果能做到无缝地将运行于CPU之上的通用计算、运行于GPU之上的并行计算、运行于DSP之上或者ASIC/FPGA之上的优化计算整合在一起,就能获得更好的应用性能,更低的功耗等特性,相对于同构计算而言也可能有一定性能优势。

  以天河2号的一个计算节点为例。Xeon E5的满载功耗达145W,双精浮点为0.21T Flops,而Xeon PHI功耗300W,双精浮点达1T Flops。

  天河2号一个计算节点由2片Xeon E5和3片Xeon PHI,理论双精浮点性能为3.42T Flops,功耗为1190W,理论双精浮点性能与功耗的比值为2.87GFlops/W。相同功耗下使用8片Xeon E5只能获得1696Gflops的理论双精浮点性能,理论双精浮点性能与功耗的比值为1.42GFlops/W。从数据可以看出,在同等功耗下,在使用Xeon PHI加速后,理论双精浮点性能是只使用Xeon E5的2倍。

  正是因为异构计算在理论上有着诸多的优势,一些媒体将“CPU+XXX”称为下一代处理器。

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