7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Представлен план выхода процессоров на инновационной архитектуре VISC

Архитектура VISC обещает указать новый путь развития процессоров

Любой пользователь компьютеров со стажем знает, что развитие процессоров в последние годы замедлилось. Если 10-15 лет назад выход нового поколения процессоров был большим событием, то теперь прирост производительности составляет около 5%, и только развитие интегрированной графики несколько оживляет картину. Перестали расти тактовые частоты, количество вычислительных ядер также остаётся на одном уровне. Полупроводниковая компания Soft Machines на этой неделе на конференции Linley Processor представила новую концепцию, в которой она видит начало новой эры масштабируемости и производительности.

Архитектура носит название Variable Instruction Set Computing (VISC) и призвана стать прорывом в сфере эффективности процессоров. Нынешние процессоры работают в рамках концепции внеочередного исполнения команд, и повышение их функциональности ведёт к росту себестоимости и энергопотребления. В рамках VISC используется фреймворк, операционная система видит поток последовательных команд, которые затем распределяются для выполнения виртуальными ядрами. Этот фреймворк и является ключевым для всей технологии, но подробности о нём не сообщаются.

В нём используется переменное число виртуальных ядер, гибко связанных с реальными ядрами процессора. Применяется параллелизм на уровне команд, команды разбиваются на небольшие потоки, которые и обрабатываются виртуальными ядрами. Если в обычном процессоре плюсы от использования многоядерных процессоров зависят от программистов, и при плохой оптимизации преимущества теряются, то здесь распараллеливание идёт на аппаратном уровне.

На изображениях выше показана работа двух приложений на ядре VISC. В первом случае поток последовательных команд распределяется между двумя физическими ядрами, по мере возможности команды извлекаются для параллельной обработки, что в теории повышает производительность. Во втором случае два приложения выполняют одинаковые операции. Более требовательное к ресурсам приложение получает их больше, остаток отдаётся второму приложению, и архитектура VISC способна гибко перераспределять ресурсы в течении каждого такта. Именно такая гибкость и даёт ей преимущество над традиционными архитектурами.

При этом данный подход не зависит от операционной системы и производителя, может работать с кодом х86 и ARM, тогда от общей производительности примерно 5% уйдёт на трансляцию команд. Данные о производительности основаны на показателях прототипа процессора в бенчмарке SPEC 2006 (изображение выше) и при сжатии файлов формата JPEG. В последнем случае чип на архитектуре VISC с двумя виртуальными ядрами с кешем L2 объёмом 1 Мб, выполненный на 28 нм техпроцессе, противостоял планшету Asus Transformer Book T100A (Atom Z3740), ноутбуку HP с чипом Celeron Haswell (2-ядерный Intel 3550M без Hyper-Threading, 2,3 ГГц) и Samsung Chromebook (Cortex-A15 1,7 ГГц). Результаты приведены ниже.

В SPEC 2006 одно виртуальное ядро за такт выполняет 2,1 инструкции против 1,39 у чипа Intel Haswell. Если же выровнять производительность, то архитектура VISC расходует на треть или четверть меньше энергии при одном потоке команд и наполовину меньше при двух. Использовалась операционная система Linux, также прототип работает на Android 4.0.

В разработке уже успели высказать заинтересованность многие крупные игроки рынка процессоров, в числе инвесторов значатся AMD, Samsung, GlobalFoundries. Soft Machines собирается выпускать собственные системы на чипе, а также продавать лицензии на использование архитектуры в сторонних разработках.

Soft Machines рассказали о новой микропроцессорной архитектуре VISC

FireStream

Для печати

Soft Machines, стартап, который разрабатывает микропроцессорные технологии, представили свою собственную процессорную архитектуру VISC. Разработчик утверждает, что VISC может увеличить среднее IPC в три-четыре раза, тем самым увеличивая производительность в два или четыре раза как в одно-, так и многопоточных приложениях по сравнению с существующими микропроцессорами.

Существует ряд способов повысить производительность центрального процессора (CPU), но наиболее очевидными способами повышения IPC являются увеличение частоты и увеличение числа процессорных ядер. Усиление тактовых частот мало влияет на производительность многопоточных приложений; увеличение количества ядер повышает производительность в многопоточных программах, но не имеет никакого эффекта на однопоточных; улучшение IPC приносит пользу всем программам, но в последние годы рост IPC был очень медленным. Для улучшения IPC требуется добавление нового оборудования в каждое ядро многоядерных процессоров, что делает их больше и дороже.

Читать еще:  Antichamber — пламенный привет господину Эшеру

Архитектура VISC от Soft Machines предназначена для повышения IPC путем динамического распределения имеющихся ресурсов в микропроцессоре для приложений, которым требуется только он. Вместо выполнения действий на сложном ядре, что не может быть в полной мере использовано в любое время, архитектура VISC предлагает создать виртуальные аппаратные ядра и работать на них с учетом потребностей. В целом, VISC позволяет выполнить один поток, используя ресурсы нескольких аппаратных ядер, таким образом, предлагая невероятную производительность.

На Linley Proceccor Conference, прошедшей на прошлой неделе, Soft Machines раскрыли некоторые подробности о своей технологии VISC. Концептуальная блок-схема процессора Visc, предоставленная компанией, на первый взгляд, чем-то напоминает структурную схему двухъядерного модуля AMD, Bulldozer, но с резко улучшенными коммуникационными возможностями и с возможностью динамического выделения ресурсов для выполнения конкретной задачи, что довольно далеко от всего, что существует на сегодняшний день. Еще одним важным отличием является то, что VISC процессоры не будут оснащены физическими модулями CMT (как AMD чипы), будет присутствовать только один глобальный фронт-энд и практически бесконечное количество виртуальных ядер (возможно, даже с нечетным количеством), которые не «борются» за ресурсы (например, в случае модуля AMD, где один FPU разделен между двумя ALU и, таким образом, получаются два потока), но предназначены для оказания помощи друг другу. Подробный обзор технологии VISC можно увидеть в отчете от Microprocessors.

Даже при том, что внутреннее расположение VISC микропроцессоров может быть несколько похоже на уже существующие чипы, следует иметь в виду, что VISC процессоры полагаются на уникальный набор команд и внутренние уникальные аппаратные нововведения. Для того, чтобы программы работали на VISC чипах, нужен специальный слой преобразования, как и в случае микропроцессоров, разработанных Transmeta более чем десять лет назад. Согласно иинформации Soft Machines, оверхед ARM (RISC) ​​в VISC составляет менее 5%.

В настоящее доказательством работоспособности VISC процессоров может стать то, что на них работает операционная система Linux и загружается Android.

Soft Machines не имеет планов на самостоятельный выпуск VISC процессоров, но они намерены лицензировать технологию для тех, кто может использовать ее.

Soft Machines была создана приблизительно в 2007 году и с тех пор получила $ 125 млн от различных компаний и организаций, в том числе AMD, GlobalFoundries, Samsung, а также инвестиционных фондов из Абу-Даби (Mubadala), России (Роснано и РВК) и Саудовской Аравии (ЦНТ и Taqnia). Санджай Джа, главный исполнительный директор компании GlobalFoundries, является председателем Soft Machines. В настоящее Soft Machines имеет более 250 сотрудников и 75 + выданных патентов.

Первые процессоры на виртуальной архитектуре VISC могут выйти в следующем году

Архитектура VISC базируется на концепции виртуальных ядер

Любой пользователь компьютеров со стажем знает, что развитие процессоров в последние годы замедлилось. Если 10-15 лет назад выход нового поколения процессоров был большим событием, то теперь прирост производительности составляет около 5%, и только развитие интегрированной графики несколько оживляет картину. Перестали расти тактовые частоты, количество вычислительных ядер также остаётся на одном уровне. Полупроводниковая компания Soft Machines полагает, что ее процессорная архитектура VISC положит начало новой эры масштабируемости и производительности.

Впервые об архитектуре VISC стало известно в прошлом году, когда Soft Machnes поделилась некоторыми подробностями. Теперь, как сообщает The Tech Report, на конференции Linley Processor Conference она раскрыла новые детали архитектуры и огласила планы по её выводу на рынок. Первый в мире процессор с архитектурой VISC будет называться Shasta. Он будет производиться по 16-нм технологии, поддерживать 64-разрядные вычисления и содержать два физических ядра, работающих на частоте 2 ГГц. Процессор будет выпущен на рынок уже в середине следующего года.

Также разработчики объявили о высокомасштабируемой платформе Mojave. Это будут однокристальные системы, основанные на процессорных ядрах архитектуры VISC. На и базе производители смогут создавать SoC для самых разнообразных сегментов, начиная с Интернета вещей и заканчивая серверными решениями.

Интересной особенностью Shasta является то, что его физические ядра способны преобразовываться в одно виртуальное вычислительное ядро. В нетребовательных к ресурсам вычислениям поток последовательных команд распределяется между двумя физическими ядрами, в этом режиме команды извлекаются для параллельной обработки ядрами. То есть чип работает как обычный двухъядерный чип. Под нагрузкой VISC определяет более требовательное к ресурсам приложение и переключает на обработку команд второе ядро, в то время как остаток отдаётся менее нагруженному приложению. Архитектура VISC способна гибко перераспределять ресурсы в течении каждого такта. Именно такая гибкость и даёт ей преимущество над традиционными архитектурами.

Читать еще:  С Shenmue III история Рё будет рассказана только на 40 %

В тесте SPEC2006 двухъядерный прототип Shasta по эффективности опережал даже процессоры с возможностью выполнять 16 вычислительных потоков: за каждый такт совершается в 3-4 раза больше инструкций, что повышает производительность на Вт в 2-4 раза. Если же выровнять производительность, то архитектура VISC расходует на треть или четверть меньше энергии при одном потоке команд и наполовину меньше при двух.

Новая архитектура выигрывает по сравнению с CISC и RISC, так как в этих двух случаях микропроцессоры используют физические ядра и программные потоки, а это ограничивает использование транзисторов и увеличение частоты. Набор команд может быть адаптирован для любой ОС, и программная прослойка не должна составить проблем для программистов. Разработчики VISC оценивают потерю производительности от трансляции не выше 5%. Процессоры Godson второго поколения, например, расходовали на трансляцию до 60% производительности, хотя в третьем поколении Godson потери планируется сократить до 20%.

Soft Machines не собирается ограничиваться разработкой двухъядерных чипов. В следующем году появится 10-нм решение Shasta+ с возможностью организации до четырех виртуальных ядер, а в 2018 г. — 10-нм решение Tahoe с восемью виртуальными ядрами. Параллельно компания будет создавать эталонные SoC с удвоенным числом физических ядер и всей необходимой периферией, включая интегрированное видео и контроллер памяти. Так, в 2016 г. выйдут SoC Mojave, в 2017-м — Tabernas, в 2018-м — Ordos. Добавим, вычислительные ядра соединены 256-разрядной внутренней шиной, способной настраиваться под нужды заказчика.

Стоит отметить, что Soft Machines не намерена сама производить процессоры. Вместо этого разработчики собираются лицензировать свои технологии и утверждают, что уже имеют заинтересованных клиентов. В разработке уже успели высказать заинтересованность многие крупные игроки рынка процессоров, в числе инвесторов значатся AMD, Samsung, GlobalFoundries.

VISC: инновационная архитектура виртуальных вычислительных ядер

Стартап Soft Machines, основанный в 2008 году, представил вычислительную архитектуру Virtual Instruction Set Computing (VISC), которая, как утверждается, привнесёт новый уровень параллелизма в обработку однопоточных приложений.

Архитектура VISC базируется на концепции «виртуальных ядер» и «виртуальных аппаратных потоков». Идея заключается в том, что ресурсы, предоставляемые несколькими физическими ядрами, могут динамически перераспределяться для формирования одного виртуального ядра с необходимым вычислительным потенциалом. Скажем, в двухъядерном чипе на обработку одного требовательного приложения с несколькими потоками может быть полностью выделено одно ядро и часть мощностей второго.

Soft Machines утверждает, что разработанная архитектура позволяет «разбить» однопоточное приложение на несколько задач, которые будут выполняться в несколько виртуальных потоков на одном или нескольких виртуальных ядрах. В целом, как заявляет стартап, платформа позволяет выполнять в 3–4 раза больше инструкций за цикл, что даёт увеличение производительности в 2–4 раза в расчёте на один ватт затрачиваемой энергии в одно- и многопоточных приложениях.

VISC использует «лёгкий программный слой виртуализации», который позволяет применять новую архитектуру с существующими и будущими экосистемами.

Soft Machines уже имеет опытные образцы 32-битных чипов на новой архитектуре, которые примерно вдвое превосходят по производительности сопоставимые изделия ARM и х86. Теоретически же, платформа VISC позволяет создавать процессоры, которые при сравнимом с нынешними чипами быстродействии будут потреблять в три–четыре раза меньше энергии.

Нужно отметить, что стартап Soft Machines уже привлёк на развитие $125 млн. Средства, в частности, предоставили AMD, инвестиционное подразделение Samsung, GlobalFoundries, Mubadala и др.

Архитектура нового поколения подходит для создания чипов, рассчитанных на самые разные устройства — от встраиваемой электроники до серверов. Правда, о сроках вывода платформы на рынок не сообщается.

Представлен план выхода процессоров на инновационной архитектуре VISC

В октябре прошлого года стартап Soft Machines рассказал об инновационной архитектуре виртуальных вычислительных ядер VISC (Virtual Instruction Set Computing). Тогда же были представлены результаты тестирования 28-нм 32-битного прототипа VISC процессора, который при обработке однопоточных вычислений оказался ощутимо быстрее актуальных на тот момент процессоров, включая Intel Haswell и последние SoC на архитектуре ARM. Новый прототип, о котором компания на днях рассказала на конференции Linley Processor Conference 2015, также оказался лучше конкурирующих решений. Новый образец выполнен с использованием 20-нм техпроцесса и несёт два физических ядра, способных преобразовываться в одно виртуальное вычислительное ядро. В тесте SPEC2006 двухъядерный прототип VISC-процессора (Shasta) по эффективности опережал даже процессоры с возможностью выполнять 16 вычислительных потоков.

Откуда такие возможности? Архитектура VISC, напомним, в чём-то повторяет методы, реализованные в процессорах Transmeta, Godson или Эльбрус. За счёт уникального набора инструкций (ISA) происходит трансляция команд гостевой операционной системы в команды, понятные физическим ядрам Soft Machines. Набор команд может быть адаптирован для любой ОС, и программная прослойка не должна составить проблем для программистов. Разработчики VISC оценивают потерю производительности от трансляции не выше 5 %. Процессоры Godson второго поколения, например, расходовали на трансляцию до 60 % производительности, хотя в третьем поколении Godson потери планируется сократить до 20 %.

Читать еще:  Волкодав: Месть Серого Пса

Эффективность VISC заключается в том, что аппаратно-программная прослойка способна разбивать однопоточное приложение на несколько виртуальных потоков и запускать их на динамически формируемых виртуальных вычислительных ядрах. Ресурсы физических ядер распределяются (масштабируются) между виртуальными ядрами в зависимости от потребности задачи. Эффективность растёт многократно. Для традиционных процессорных архитектур рост производительности требует увеличения тактовой частоты и, в конечном итоге, потребления. В случае VISC архитектуры кривая роста не такая крутая.

Первый прототип процессора на архитектуре VISC представлял собой 28-нм двухъядерное решение, работающее на частоте 400 МГц. В середине следующего года компания Soft Machines представит двухъядерное 16-нм 64-разрядное решение под кодовым именем Shasta с одним или двумя виртуальными ядрами и тактовой частотой до 2 ГГц. Ещё через год появится 10-нм решение Shasta+ с возможностью организации до 4 виртуальных ядер, а в 2018 году — 10-нм решение Tahoe с 8 виртуальными ядрами. Параллельно компания будет создавать эталонные SoC с удвоенным числом физических ядер и всей необходимой периферией, включая интегрированное видео и контроллер памяти. Так, в 2016 году выйдут SoC Mojave, в 2017 — Tabernas, в 2018 — Ordos. Добавим, вычислительные ядра соединены 256-битной внутренней шиной, способной настраиваться под нужды заказчика.

Что важно, компания Soft Machines не будет самостоятельно выпускать процессоры и сборки. Вместо этого она будет лицензировать архитектуру и решения и помогать в их адаптации. К настоящему времени инвестиции в компанию Soft Machines достигли 175 млн долларов США. Среди инвесторов интересно отметить такие имена, как Samsung, GlobalFoundries, AMD, Mubadala, РОСНАНО и РВК (Российская Венчурная Компания).

Soft Machines разрабатывает инновационные процессоры на новой архитектуре VISC

Стартап Soft Machines разрабатывает процессоры на инновационной архитектуре VISC (Virtual Instruction Set Computing). В прошлом году были обнародованы результаты тестирования 28-нм 32-битного прототипа, который обгонял в однопоточных вычислениях Intel Haswell и последние SoC на архитектуре ARM.

На конференции Linley Processor Conference 2015 на днях был представлен 20-нанометровый прототип с двумя ядрами, способными работать в режиме слияния в одно виртуальное ядро. В тесте SPEC2006 он обогнал 16-поточные процессоры.

Важно отметить, что архитектура VISC отчасти повторяет методы, реализованные в процессорах Transmeta, Godson или Эльбрус. При этом набор инструкций для процессоров Soft Machines можно адаптировать под любую операционную систему, а накладные расходы на трансляцию составят не более 5% вычислительной мощности. Для сравнения, в Godson второго поколения это 60%, в третьем поколении – порядка 20%.

Суть работы процессора состоит в том, что однопоточное разбивается на несколько потоков и запускается на динамически формируемых виртуальных вычислительных ядрах. Ресурсы физических ядер распределяются (масштабируются) между виртуальными ядрами в зависимости от потребности задачи. Эффективность растёт многократно. Для традиционных процессорных архитектур рост производительности требует увеличения тактовой частоты и, в конечном итоге, потребления. В случае VISC архитектуры кривая роста не такая крутая.

Первый прототип процессора на архитектуре VISC представлял собой 28-нм двухъядерное решение, работающее на частоте 400 МГц. В середине следующего года компания Soft Machines представит двухъядерное 16-нм 64-разрядное решение под кодовым именем Shasta с одним или двумя виртуальными ядрами и тактовой частотой до 2 ГГц. Ещё через год появится 10-нм решение Shasta+ с возможностью организации до 4 виртуальных ядер, а в 2018 году — 10-нм решение Tahoe с 8 виртуальными ядрами. Параллельно компания будет создавать эталонные SoC с удвоенным числом физических ядер и всей необходимой периферией, включая интегрированное видео и контроллер памяти. Так, в 2016 году выйдут SoC Mojave, в 2017 — Tabernas, в 2018 — Ordos. Добавим, вычислительные ядра соединены 256-битной внутренней шиной, способной настраиваться под нужды заказчика.

Компания планирует не выпускать процессоры, а лицензировать архитектуру, как это делают разработчики ARM. Инвестиции в компанию Soft Machines составляют на сегодня 175 миллионов долларов США, а в числе инвесторов числятся Samsung, GlobalFoundries, AMD, Mubadala, РОСНАНО и РВК (Российская Венчурная Компания).

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector