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摩尔定律止于“混血时代” Cell处理器迎来计算新革命

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摩尔定律代表的工艺进步已接近极限,使得硬件产业需要在加速器、多核和SoC等方面实现架构创新,以继续提升硬件系统性能。未来不可避免出现‘混血系统’,例如Cell处理器和传统通用处理器能够一起合作提供很强的计算能力。

作者:国际电子商情 2007年8月6日

关键字: IBM Cell处理器

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  正如Guernsey博士所言,这场高性能计算革命不仅是硬件的革命,也是软件的革命。事实上,缺少通用的开发和编程环境,也是目前Cell处理器的不足:一是应用移植比较难;二是不能够完全发挥Cell处理器的性能。

  从事软件开发的Turek博士笑道,过去系统的复杂性隐藏在硬件(芯片)里,所以我觉得软件很容易,硬件很难。然而如果现在我们把软件应用的数量和硬件的结构来对比的话,我们会发现硬件结构的个数远远比不上软件应用的数量。正如Guernsey博士所说,物理上的特性很难隐藏,很多物理上的特性造成了芯片复杂性必须在软件里面体现出来。

  他进一步指出,虽然最经济的方法是将复杂性隐藏在硬件层,但由于不同应用有不同的特点,通常应用的复杂性会隐藏在不同层,例如网络数据处理就是很简单的并行处理,而医学图像处理和分析就非常复杂,对于IBM来说,就是要复杂性往下压,并解决复杂性中的共同问题,简化客户应用层面的开发工作。

摩尔定律止于“混血时代” Cell处理器迎来计算新革命

John Turek:“混血系统”是历史的必然,软件和硬件同等复杂和重要

  Turek博士介绍说,“这样的‘混血系统’是历史的必然,最大的挑战是在不同的行业我们要用不同的编程模式来应对应用编程的需要,Rapidmind就是这样一个工具。我们会把更多的工具放到我们的工具包里,提供更完整的解决方案,帮助大家把更多的应用移植到我们平台上。我们正在建造两个框架(framework),一个是DLC,另一个ALF是在中国开发的。”

  Guernsey博士也指出,目前在Cell处理器上开发应用确实要花很多功夫,但这是值得的。他介绍说,在应用开发上,如要更快地把应用迁移过来的话,IBM有一些合作伙伴能开放一些加速应用迁移的工具。但他强调说:“如果要把Cell的性能发挥得淋漓尽致的话,你就可以用一个比较原始的方法来编程,把编程的每一种技能都用上。”

  不过,在如何充分发挥Cell处理器性能的问题上,从事硬件的Guernsey博士和从事软件的Turek观点不一样,Guernsey博士认为需要原始编程方法,而Turek则看好高级语言。Turek博士表示:“我认为这样的框架对于性能是有帮助的,能够提升芯片的性能。我们在开始有计算机的时候,我们唯一编程的方法就是机器语言,那个时候我们认为不用机器语言就不能使机器处理更快,也就是说我不能用高级语言作高性能计算。我们后来发现当应用越来越大的时候,用高级的编程语言能够更加有效把任务变成一个可执行的应用,而且比用机器语言所编译出来的更快。”

  他举例说,我们有好几个案例是使用ALF框架开发的,我们发现用ALF编译的东西运行更快,不过这不是一个通用的情况,是几个特殊的例子。可是我很乐观地相信,当框架越来越完善的时候,它能够将我们应用快速部署在芯片上。这两个框架未来不仅仅能够在Cell芯片上应用,也能在“混血”系统上发挥功效,所以我们现在的工作就是建设这个框架,确认这个框架能够有效的使用。

Cell处理器的路线图和应用方向

  研讨会上,IBM还简介了Cell处理器的路线图,从目前的90纳米产品到65纳米和45纳米产品。IBM将在2010年推出45纳米SOI工艺的Cell处理器,它将集成2个PowerPC核和32个协处理器,性能超过1TFLOPS(相当于每秒钟完成1万亿次浮点运算)。

  为了简化客户开发工作,除了芯片路线图外,IBM也有软件和工具路线图。即在发布每一代Cell处理器的同时,也会发布新的工具包。特别值得关注的是,除了持续提升高性能Cell处理器的性能外,IBM还将在未来2年内发布65纳米工艺的低功耗版本Cell处理器。不过,IBM没有透露具体情况。

  由于Cell处理器的超强计算能力,它可以用作特定应用加速器或任务/功能卸载(function offload),具体包括四大类应用:一是游戏机,如索尼PS3;二是高性能嵌入式应用,发挥类似高性能DSP或FPGA的作用;三是大型系统(larger system),如影像获取、识别和追踪等;四是高性能计算机(HPC)和工业应用,如IBM刀片系统/超级计算机。

  Guernsey博士介绍说,与POWER等通用芯片不同的是,Cell是专用芯片,它们可以一起搭建不同的平台,各司其职。例如,如果要检查一条生产线,从生产线的图像中找出问题所在,Cell的能力比POWER强很多,但是当把数据取出来进行分析处理的时候,Cell就不如POWER了,这个时候就应该让POWER作数据处理的工作,另外的例子就是数字视频监控。所以很多时候需要两种不同芯片协作才能最有效地完成用户的要求的。

  “如何让处理器能够在60w的功耗下达到520 GFLOPS的性能?Cell可以做到”,IBM的Oliver Retting总结说:“Cell处理器比CPU更有效率,比GPU(图像处理器)的可编程性更好”。

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