英特尔万亿次芯片开辟处理器架构的新途径

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无论是结构,还是应用开发,还是市场定位,英特尔众核处理器已经做好了应对扩展挑战的准备,这些准备表现在能效、设计灵活性、编程模型与应用程序开发上四个方面。甚至可以说,服务器处理器架构的多核之路,即将开展一个新的分支,那就是众核。

  (51cto记者常疆 北京报道) 2006年英特尔众核芯片研制成功并在2007年进行了广泛展示,三年后的今天,英特尔研究院院士万亿级计算研究总监詹姆斯·赫尔德介绍了英特尔研究院(Intel Labs)在万亿级计算方面取得的最新研究成果,并解析了万亿级计算的最新进展和应用前景,而新的众核处理器更是被称为单芯片的云计算机。

  三年前英特尔在一块芯片上集成了80个核心让人颇为惊叹,人们在感叹核心众多之余不禁要问,这么多核心在一款芯片上能做什么?

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英特尔研究院院士万亿级计算研究总监詹姆斯·赫尔德

  英特尔希望该项研究的长期目标是为未来计算机创建目前难以置信的扩展性能,促进开发全新的应用程序和人机界面。英特尔计划明年向行业和学术界合作伙伴提供100个以上的芯片原型用于实际研究,开发全新的软件程序和编程模式。

  而此次目前的众核虽然仍处在实验型阶段,单个硅CPU芯片上集成48个英特尔架构(IA)计算核心,也比前作少了不少,但是这所有的48个核心是可以完全编程的计算核心,这也是有史以来集成度最高的单硅CPU芯片,而耗电量仅相当于两个普通家用灯泡。相比之下,2006年的众核试验芯片仅具有简单的浮点内核,和基本标准的有限可编程能力。

  由于采用了之前用途非常广泛的IA架构核心,实验型的48核处理器,已经提供给了英特尔众多合作伙伴进行联合开发,在演示时,来自英特尔中国研究院的罗研究员,通过网络远程连接到了处在印度的一台测试原型机。由于在核心之间使用类似超级计算机、数据中心的消息传递方式共享内存,在单芯片上实现了云计算机的功能,所以在软件实现方面体现出相当的灵活性。

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英特尔中国研究院研究员进行技术展示

  在传统的Black-Scholes 股票期权预测定价模型中,测试系统的得分达到了罗研究院分别进行1核心、2核心、4核心、8核心的测试,性能表现随着核心的递增表现的非常线性,即使到了11核运行时,加速比依然达到了10倍。

  还有一 样机提供给了微软研究院,在修改后的Visal Studio 2008,微软的工程师们成功的让新型众核处理器运行骑了Hello World程序,在整体的编程模式没有什么修改的情况下,使用Visal Studio 2008可以轻松的调用足够多的核心来创建和运行项目,此外在Fractal应用中,还可动态分配CPU内核,做到按需分配的进行运算。

  Black-Scholes与微软的VS2008能够迅速的在实验型众核芯片上实施应用,这与使用了IA成熟的架构、芯片上的数据中心的架构密不可分,也难怪有人说众核芯片就像让数据中心在一块芯片上跳舞。

  在硬件架构层面,这款可以被称做单芯片的云计算机采用了45纳米Hi-K金属们硅制造技术的众核CPU还采用了双核节点网络功能,也就是在核心之间通过增加路由器模块,来模仿云计算架构,这很像百度 Google 使用芯片之间的互联来代替原有的计算机之间的网络互联;通过实现细粒化的电源管理让CPU的能耗动态控制在25W~125W之间;而成熟的高度并行的“可扩展”编程模型,则让应用的灵活性得以保证。

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英特尔芯片原型拥有48个IA内核,功耗低至 25瓦

  而最重要的我想则是被称作小瓷砖片阵列的“Tile”结构,这是个单元化的结构,新的单芯片云计算机就是通过4个Tile来支撑起48个内核,也就是每个Tile包含了12个内核以及一个集成的DDR3内存控制器,总的内存容量支持达到64GB。

  从Tile架构上我们仿佛能看出一些端倪,也就是未来英特尔众核的CPU架构的最小单元将是一个Tile,也许包含了12个核心或者16个核心,或者更多。当然显然不能低于8个,这样会将同时代的至强/酷睿处理器置于同一竞争市场中。而凭借着模块化的Tile架构,英特尔将进一步利用起自身的研发优势和规模化的制造成本优势,扬起新一面云计算架构的“IA”众核大旗。

  在软件方面,英特尔中国研究院正在执行的一个代号为MYO的项目(Mine Yours Ours ,可译为我的,你的,我们的),51CTO记者采访英特尔中国研究院的张先生得知,这个项目的实际名称则是Shared Virtual Memory Porgram Module,也就是共享虚拟内存计划模组,目的则是让软件应用更充分的利用到处理器核心,并让核心能够更灵活的调用虚拟内存,共享Offtime内存功能,这么听起来好像更直接的解释了“MYO”(你的我的大家的)。而MYO项目的更大意义则是在于:通过软件实现缓存一致性、实现可调的、细粒化的一致性模型、SCC可分区为不同的一致性域以及C/C++语言扩展。

  出于面向用户的考虑,新的众核计算芯片采用了高精度、由软件控制的电源管理,可形成8个电压及频率孤岛,让每个Tile的“设计单元”以不同频率运行,这是通过分别由四个设计单元构成的6块区域可在不同的电压下运行16级控制来实现的,此外软件对I/O网络及内存控制器还可以进行独立的电压和频率控制,让用户的应用能够静态或者动态的对工作负载进行调节。

  詹姆斯·赫尔德表示,通过软件进行调节电压、功率与频率相比硬件调节能够进一步降低处理器的能耗,并让系统表现更为灵活,不过这显然需要用户具有一定的开放能力。英特尔也在构建新一代的软件创新的平台,就像微软得到了测试原型机一样,通过共享该芯片原型平台,英特尔已经在半年内计划实现数十个合作伙伴计划,并持续增加。

  除了开展英特尔Open Cirrus测试床活动,和在 英特尔研究院Pittsbugh分部进行并行工作试验外,新一代众核处理器的内存共享的编程工作已与UPCRC项目合作伙伴开展合作,微软、加州大学伯克利分校和伊利诺伊大学都是其中成员。ETH Zurich 大学教授与伊利诺伊大学UPCRC项目联合总监也都对英特尔的众核处理器表现出十分积极的态度,希望合作能够加速并行计算平台开发应用。

  总结:

  无论是结构,还是应用开发,还是市场定位,英特尔众核处理器已经做好了应对扩展挑战的准备,这些准备表现在能效、设计灵活性、编程模型与应用程序开发上四个方面。甚至可以说,服务器处理器架构的多核之路,即将开展一个新的分支,那就是众核。

责任编辑:常疆 来源: 51CTO.com
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