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中國異構計算處理器IP核在矽上成功實現

2017-06-08  來自: 西安MANSION電子科技有限公司 瀏覽次數:539

    日前,中國華夏芯公司宣布,其異構計算處理器IP核已經在矽片上成功實現,並已通過HSA(異構係統架構)一致性測試。公司還宣布了新的機器學習和深層神經網絡的開源項目,旨在進一步推動HSA異構計算的發展。本次華夏芯推出的產品則是國內企業在異構計算上的技術突破,並有望在人工智能、機器視覺、工業4.0、移動通信、無人機等領域推廣應用。

  什麽是異構計算

    同構計算是使用相同類型指令集和體係架構的計算單元組成係統的計算方式。而異構計算主要是指使用不同類型指令集和體係架構的計算單元組成係統的計算方式,常見的計算單元類別包括CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA等。異構計算用簡單的公式可以表示為“CPU+XXX”,究其本質而言Cpu+本質上指的是單核與多核能力的提升。舉例來說,AMD著力發展的APU就屬於異構計算,用公式表示就是CPU+GPU。

    由於術業有專攻,CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA各有所長,在一些場景下,引入特定計算單元,讓計算係統變成混合結構,就能讓CPU、GPU、DSP、FPGA執行自己最擅長的任務。如果能做到無縫地將運行於CPU之上的通用計算、運行於GPU之上的並行計算、運行於DSP之上或者ASIC/FPGA之上的優化計算整合在一起,就能獲得更好的應用性能,更低的功耗等特性,相對於同構計算而言也可能有一定性能優勢。

    在超算上已經得到廣泛應用

    其實,異構計算對大家而言並不陌生,在TOP500刷榜的天河2號和神威太湖之光都采用了異構計算。其原因就在於異構計算能帶來很高的性能和性能功耗比,以天河2號的一個計算節點為例。

    Xeon E5的滿載功耗達145W,雙精浮點為0.21T Flops,而Xeon PHI功耗300W,雙精浮點達1T Flops。

    天河2號一個計算節點由2片Xeon E5和3片Xeon PHI,理論雙精浮點性能為3.42T Flops,功耗為1190W,理論雙精浮點性能與功耗的比值為2.87GFlops/W。相同功耗下使用8片Xeon E5隻能獲得1696Gflops的理論雙精浮點性能,理論雙精浮點性能與功耗的比值為1.42GFlops/W。從數據可以看出,在同等功耗下,在使用Xeon PHI加速後,理論雙精浮點性能與是隻使用Xeon E5的2倍。

    正是因為異構計算在理論上有著諸多的優勢,一些媒體將“CPU+XXX”稱為下一代處理器   

    HSA協會正在推動異構計算向各個方麵普及,而華夏芯則是其中的一份子,共同推動異構計算向越來越多的領域普及。

    也許很多人從來沒有聽說過華夏芯這樣一家公司,但該公司確實是家從事異構計算處理器IP核設計的集成電路企業——華夏芯公司是一個定位於全球市場的中國公司,研發團隊的來源也是全球化,但是從技術到人才都掌握在華夏芯手中,比如華夏芯的3合1“ Unity”體係架構是其技術,在同行業中也處於地位。

    更難得的是,華夏芯並沒有像一些商業公司那樣購買ARM指令集,而是公司自主開發的指令集、微結構和工具鏈。因此,在自主創新能力上,和一些購買ARM IP授權開發所謂“國產”CPU的國內廠商有著本質上的區別。

    可以對外授權IP

    華夏芯公司最近發布了一係列新的IP授權產品,在全球範圍授權IP,為客戶提供的處理器設計技術。所有華夏芯的處理器均支持HSA。對此,華夏芯的董事長李科奕表示,“我們很高興地看到華夏芯的新IP核通過了PRM HSA一致性測試,麵向工業、物聯網、高級駕駛輔助係統(ADAS)和嵌入式係統,該IP核對功耗進行了優化並向全球提供許可”。

    據了解,華夏芯還是中國唯二的可以對外授權IP的處理器公司(另一家是龍芯),在中國大多數CPU公司還處於購買國外IP做集成的時代,華夏芯能夠自己開發IP並且能夠對外授權就顯得尤為難得。目前,華夏芯的CPU核可以通過IP授權的方式提供給客戶,款CPU已經在台積電使用28nm HPC製成工藝流片,2016年第3季度提供給潛在客戶作為評估或開發之用。

    本次在矽片上實現的IP核是華夏芯3合1“ Unity”體係架構的實現。Unity具有包括圖像和視頻處理在內的多維信號處理能力。華夏芯美國研發中心的CTO Mayan Moudgill博士表示,“矢量處理長度可依據矢量計算的需求動態設置,配置達到64KB,滿足各種智能化應用和高性能計算對並行計算的要求,保證了指令架構的穩健性和軟件代碼的移植性。變長矢量處理單元(VPU)在進行大量數據處理的同時,結合了低功耗、亂序執行流水線等多項先進技術,從而使多個控製線程高效地執行”。

    值得關注的是,在華夏芯麵向全球發布上述消息2天之後,ARM也發布了與其類似的V8-A的矢量擴展架構(SVE),其技術特征與華夏芯推出的VPU單元極為相似。這說明,真正從事自主創新


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