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处理器迈向异质系统架构 彻底释放运算能力

2013-11-21 14:47
汉水狂客
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  “传统处理器架构受限GPU运算能力,故在硬体开发上有许多限制,而异质系统架构则可以让CPU、GPU和其他处理器协同运作于单一晶片与单一记忆体位址,并顺畅分配工作,让最适合的单元处理特定任务,以提高效能并降低功耗。

  行动运算(MobileComputing)与云端运算(CloudComputing)时代已然到来,次世代运算技术也正开始其革命性的转变,过去几年间,异质系统架构(HeterogeneousSystemArchitecture,HSA)俨然成为趋势,并将成为现今最受欢迎的智慧联网装置的主导架构。

  传统系统架构对软体创新有诸多限制,异质系统架构则正视软体开发者的需求,提供一个可贵的跨平台、跨作业系统方案,让各种应用程式开发者能更尽情开发各种软体,发展出高效能、低功耗且最能顺应时代快速变迁的解决方案。传统处理系统架构并非着重于绘图处理器(GPU)运算能力的完全释放,故在开发上有诸多限制。异质系统架构的目标则是使中央处理器(CPU)与GPU间如阴与阳般完美协同运作,让程式开发者能使用各种硬体,尽情地开发出高效能、低功耗且能顺应快速变动的使用者需求的解决方案。

  异构系统架构加速软件开发进度

  异质系统架构是指系统可让包含CPU、GPU在内的不同运算单元能在单一晶片上和谐运作,顺畅移动并分配工作,让最适合的单元处理特定工作任务(图1)。

图1 异质系统架构示意图

  异质系统架构聚焦软体开发者需求,设计跨平台装置以及通用的硬体平台。另外,异质系统架构的概念系期望打造一个单一架构规格并简化程式开发,协助软体开发业者进一步发挥现今GPU的绝佳优势,并透过搭载于异质性处理器内的平行运算引擎,彻底释放更佳的效能并提升用电效率。

  基于异质系统架构的标准化异质性编程模式,让开发者在可负担的成本下更容易推动客制化的软体,并于现今达555亿美元且持续成长的异质性处理器(亦即混合式处理器)市场中获益。异质系统架构简化平行运算的软体开发,让软体工程师能尽情运用异质系统架构,开发其所需要的客制化产品。

  业界厂商与异质系统架构基金会将协助开创软体创新的新时代,打造前所未有的使用者经验,提升云端资料管理、串流传输以及资料安全等。

  CPU/GPU共享同一记忆体空间hUMA标准解决处理器运算难题

  异质运算系统架构结合CPU上的纯量处理和GPU上的平行处理能力,诉求系统中的CPU、GPU协同运作,为达此效率,GPU的系统记忆体存取方式已有了显着的改变。

  传统处理器设计中,CPU和GPU各自独立运作,且各具独立的记忆体空间,让处理器有许多无效率及效能瓶颈的情形。

  为解决CPU与GPU记忆体空间各自分立的运算问题,业界提出一项新技术--异质运算架构统一记忆体存取(heterogeneousUniformMemoryAccess,hUMA)。

  透过hUMA,CPU和GPU能共享并存取同一个记忆体空间,GPU亦可直接存取CPU的记忆体位址,如图2所示。

图2 hUMA运作示意图

  hUMA架构可以让GPU完全存取CPU的记忆体位址,并且让CPU和GPU在记忆体空间上所读取的资讯保持一致。CPU只须移动指标(Pointer)将相关资讯传递到GPU,GPU便可以直接存取资料,毋须等待CPU将内容复制到GPU的记忆体,此举可以避免不必要的位址错置或功耗浪费。

  hUMA带来的硬体一致性,包含以下三个主要功能:

  .一致记忆体

  确保CPU和CPU快取记忆体可以同步看到最新的资料数据。

  .分页记忆体

  允许GPU顺畅的存取(还)没出现在实际记忆体(PhysicalMemory)中的虚拟记忆体位址。

  .整体记忆体空间

  CPU和GPU都可以存取并分配系统虚拟记忆体空间内的任何位置。

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