发力低功耗
低功效是AMD 一直追求的目标。而异构平台可以让功耗变得更低,但是低功耗并不意味着用户体验的期望降低。相反,随着互联网和智能移动设备的迅猛发展,用户体验反而更高。楚含进提到,低功效的处理器对未来的各种应用来说很重要。他提到一个例子:“现在手机上很难看到基于3D 的游戏,无论其核心是双核还是四核,都不足以支撑3D 应用的普及,因为耗电量和单纯CPU 处理图形能效太低,过度的耗电使很多应用的设计不得不以降低用户体验为代价。”
异构计算正是为了降低功耗提升单位效能(Perform/Watt)而设计,“利用CPU 和GPU 的融合架构合理部署应用,会使用户整个系统的密度变得更密集,性能功耗也趋于合理。基于HSA 的APU架构是一种架构变革的设计,不是简单的硬件系统级更改,或者说异构计算给未来处理器架构提供了一种标准化的参考,APU 是作为其产品的一种代表。”楚含进说。
APU 内部架构实际上是把CPU 和GPU 结合起来,它的主要硬件级实现之一就是hUMA,可以真正地实现数据在芯片级的融合,让CPU 和GPU 共享同一内存空间,这样,CPU 和GPU 直接互相访问,无需让CPU 和GPU 之间通过复制数据做“二次”处理,所以可以由GPU完成指令,而不需要由CPU 从系统内存调用数据分派给GPU。这使得GPU 和未来具有特定服务的处理器(比如视频处理器,FPGA 等)成为真正意义上的协处理器,从而让系统资源在操作系统的调度下发挥到最优。
楚含进介绍说,这个架构最大化地解决了两个问题。第一,把CPU 与GPU相结合, 实际上减少了数据在CPU 和GPU 之间传输时产生的功耗,对很多程序来说是莫大的帮助,让诸多以前受制于计算能力和功耗的应用成为可能,比如, 4K 的编解码传统软件算法会由于这种架构而受益,另外游戏上基于物理的实时渲染模型则会成为可能;第二,AMD 在HSA 上为GPU 开发出一套非常容易让高层的编程语言人员使用的工具栈,这些工具提供给不同层次的程序员灵活的接口,利用C,C++ 或者Java 都可以实现自己的程序, 不用太多考虑GPU 里专有的编程语言。通过这些,AMD 希望开发人员只要对自己的业务了解即可而不用考虑GPU,并最终把GPU变成通用编程的模型。为了做到这一点,AMD 提供了HSA 编译工具、可调式的工具、基于开源的中间件和对不同层次语言的支持。
生态链与人才培养
异构平台的发展必然需要产业界的支持,一旦生态链成熟,异构平台就会得到快速发展。因此AMD 意识到,必须将异构系统标准化,使其成为业界的标准,让服务器,PC 到移动终端等领域的开发者都能享受它的优势,最终逐渐形成一个完善的生态链。
因此,AMD 同ARM 一起成立了HSA 基金会。HSA 基金会倡导的是一种开放的,同时还可以涵盖PC 与移动设备(不光是跨 OS)的标准。目的在于通过异构处理器的架构来提升处理器的表现。比如FPGA 和DSP 也可以用到它,利用它提供高层语言支持,实现可编程性。2013 年,HSA 基金会的阵营里新添了Oracle,这是一个很重要的信号。这意味着Java 语言对于异构平台的重视。这样的话,许多开发者就可以很方便地利用Java 进行异构平台的开发了。从软件编程角度来看,Oracle 的加盟无疑让HSA 阵营更加完善。目前包括ARM、Imagination、LG、高通、三星和德克萨斯仪器等公司都已加盟HSA 基金会。
楚含进提到,国外的异构平台的工程师中,华人和中国人占了很大分量,异构计算作为计算机组成结构已经逐渐普及到学生的教材中。而在国内,目前这方面的教育刚刚开始。对教育领域来说, 楚含进认为, 当前计算机系的许多毕业生才刚刚接触异构计算的编程, 一方面是因为异构计算的编程非常难,很多编程方法易用性较差,另一方面, 目前他们还没有很好地看到这个领域的潜力,“ 国内更多是在跟随,缺少前瞻性。”
基于此,AMD 一直努力地在国内培养异构计算方面的人才。比如,他们做了一个异构计算社区,加强国内异构计算人才的交流。同时在中国百所高校做技术培训,并发起了异构计算大赛以及出版异构平台方面的图书,希望通过种种方式培养一批异构人才。
“AMD 融合的技术也是开放的技术。并且这种开放最终将能使开发人员以及最终用户受益。AMD 把异构软件标准开放,并且提供诸多软件中间件,这是一种‘先人植树后人乘凉’的工作,对我们来说这也是一种对自己产品和技术在业界领先的信心证明。”楚含进说。
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