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

VISC: инновационная архитектура виртуальных вычислительных ядер

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.

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.

Читать еще:  Видео: почти десять минут геймплея Control, нового шутера от авторов Max Payne и Quantum Break

РОСНАНО

Компания Soft Machines — стартап из Кремниевой долины, работающий в области полупроводников, анонсировал архитектуру Soft Machines VISC™. В числе инвесторов компании — Samsung Ventures, AMD, Mubadala, РВК, KACST, РОСНАНО и TAQNIA. VISC-архитектура — это настоящий прорыв в направлении увеличения производительности микропроцессоров в расчете на ватт потребляемой мощности. Эта разработка позволит существенно повысить энергоэффективность во всех сегментах компьютерной экосистемы. VISC-архитектура разрабатывалась как решение проблем увеличения частоты одноядерных процессоров и сложности программирования многоядерных процессоров.

«Я считаю, что VISC проложит путь для третьей волны вычислительной архитектуры», — заявил один из основателей Soft Machines, генеральный директор и зам. председателя совета директоров компании Махеш Лингаредди. «Больше семи лет мы в режиме секретности создавали свою компанию и разрабатывали VISC-архитектуру. Теперь, когда у нас есть рабочий прототип, который доказывает эффективность выбранного подхода, пришло время заявить о наших достижениях, и мне не терпится это сделать. Мы также доказали, что, при наличии правильных видения, технологии, команды и инвесторов, все еще возможно построить успешный стартап, работающий в области полупроводников, и создавать инновационные решения».

В основе VISC-архитектуры лежит концепция «виртуальных ядер и виртуальных аппаратных потоков». Этот новый подход позволяет динамически распределять ресурсы между вычислительными ядрами. Микропроцессоры, основанные на архитектурах CISC и RISC, используют «физические ядра» и «программные потоки». Этот подход показал себя технологически и экономически несостоятельным из-за ограничений на использование транзисторов и энергопотребления, а также увеличения частоты. VISC-архитектура позволяет выполнять в 3–4 раза больше инструкций за один такт, что приводит к увеличению производительность на ватт потребления в 2–4 раза на однопоточных и многопоточных приложениях. Более того, VISC использует «легковесный слой программной виртуализации», что позволяет использовать эту архитектуру как в существующих, так и новых программных экосистемах.

«Мы основали Soft Machines с миссией вернуться к росту производительности микропроцессоров в расчете на ватт потребляемой мощности. Именно этого мы и добились при помощи VISC-архитектуры , и наше достижение послужит началом новой эры проектирования центральных процессоров», — прокомментировал новость сооснователь компании, президент и главный инженер Soft Machines, Мохаммад Абдалла. «Когда процессоры на основе CISC и RISC архитектур достигли физического предела энергопотребления, дальнейшее масштабирование производительности микропроцессора за счет роста частоты представлялось невозможным, что подтолкнуло к созданию многоядерных решений, для которых потребовалась крайне сложная многопоточная реализация последовательных приложений. VISC-архитектура решает эту проблему, используя „виртуальные аппаратные потоки” на „виртуальных ядрах”, которые в разы эффективнее программной многопоточности».

VISC-архитектура масштабируется путем изменения количества «виртуальных ядер» и «виртуальных потоков». Этот подход обеспечивает единую архитектуру, способную удовлетворить нужды приложений в самых разных областях: от интернета вещей до мобильного рынка и дата-центров.

« VISC-архитектура от компании Soft Machines — это большой шаг вперед, к решению самой насущной на сегодняшний день проблемы проектирования центральных процессоров: производительности однопоточных программ», — прокомментировал Линли Гвеннап, главный аналитик Linley Group. «Переложив этот груз на аппаратуру, VISC стремится использовать преимущества многопоточности во всех приложениях».

Мохаммад Абдалла представит обзор архитектуры VISC™ на конференции Linley Processor Conference в Санта-Кларе. Компания также продемонстрирует прототип VISC-СнК ( Системы-на -Кристалле) с двумя виртуальными ядрами, показывающий существенное увеличение числа инструкций, исполняемых за один такт.

«Приятно сознавать, что российская школа системного программирования является одной из лучших в мире. За прошедшие 5 лет была сформирована очень сильная команда, способная решать самые сложные задачи. Инженеры SMWare разработали слой программной виртуализации для VISC-архитектуры , чтобы охватить большую часть мирового рынка микропроцессоров», — сказал Александр Дроздов, генеральный директор SMWare. «Участие российских специалистов в проектах такого уровня, безусловно, усиливает позиции отечественной микроэлектроники, способствуя созданию технологической базы и взращиванию талантов для возрождения полупроводниковой промышленности, которая является основой любой другой hi-tech индустрии во всем мире».

Справка

Soft Machines — компания-стартап , работающая в области полупроводников и насчитывающая 250 сотрудников. Компания работает в США, Индии и России, и на сегодняшний день привлекла более 125 миллионов долларов инвестиций. Soft Machines занимается лицензированием и совместной разработкой продуктов на основе VISC для рынков интернета вещей, мобильной связи и облачных вычислений. Штаб-квартира компании расположена в калифорнийском городе Санта-Клара , США. Среди инвесторов Soft Machines — Samsung Ventures, AMD, Mubadala, РВК, KACST, РОСНАНО и TAQNIA.

SMWare (ООО «ЭсЭмВаре») является российской дочерней компанией Soft Machines. В компании работает более 50 высококвалифицированных инженеров, решающих задачи в области вычислительных архитектур, операционных систем, компиляторов, виртуальных машин и системного программирования. «Слой программной виртуализации» — один из ключевых компонентов VISC-архитектуры. Именно этот слой позволяет применять технологию VISC в любых, как существующих, так и новых программных экосистемах без каких-либо изменений. «Слой программной виртуализации» был полностью разработан командой SMWare. Soft Machines начала свою деятельность в России под руководством Александра Дроздова еще в 2009 году. Учитывая стратегическое значение технологий по созданию микропроцессоров и СнК для будущего российского полупроводниковой и микроэлектронной промышленности, отметим, что РВК (Российская венчурная компания) и РОСНАНО сделали значительные инвестиции в Soft Machines.

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.

Читать еще:  Netgear WNCE2001 - беспроводной удлинитель Ethernet

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 %.

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 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.

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%.

Читать еще:  Качество 4G-связи МТС в Подмосковье сопоставимо со столичным уровнем

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.

Intel купила доли «Роснано» и РВК в разработчике процессоров

На встрече с инвесторами 9 февраля финансовый директор Intel Боб Свон подтвердил, что в 2016 г. корпорация приобрела несколько компаний, в числе которых была и Soft Machines, сообщила представитель Intel. Об этой покупке говорило несколько СМИ в сентябре прошлого года. В эту компанию, которая разрабатывает процессоры со специальной архитектурой, вкладывалась «Роснано», и сейчас госкомпания вышла из инвестиций. Intel купила всю компанию, сообщил «Ведомостям» гендиректор Rusnano USA Дмитрий Аханов. По данным индийского издания Inc42, сумма сделки составила $300 млн деньгами и акциями. Представитель Intel это не комментирует.

Сколько заработала «Роснано», Аханов не раскрыл, сообщив лишь, что она осталась в долларовом плюсе. Доля «Роснано» в компании, по его словам, была небольшой, ее размер он не назвал. «Роснано» вложила в Soft Machines $14 млн: $10 млн – в 2013 г. и $4 млн – в 2015 г., говорит Аханов. По данным американской базы стартапов Crunchbase, всего компания привлекла $220,9 млн от пяти инвесторов, среди которых Samsung Electronics и AMD. В Soft Machines также инвестировала Российская венчурная компания (РВК), следует из данных Crunchbase и документов «Роснано». Представитель РВК не говорит, сколько компания инвестировала и сколько заработала на сделке, ограничившись комментарием, что «вышли из инвестиции в плюсе».

Soft Machines разрабатывает специальные процессоры с архитектурой VISC (Virtual Instruction Set Computing), которая позволяет добиваться большей производительности в расчете на 1 Вт потребляемой мощности.

Индустрия разработки процессоров действительно заинтересована не только в уменьшении топологии процессора или повышении его тактовой частоты, но и в повышении производительности процессоров за счет использования виртуальных ядер, говорит представитель компании «Байкал электроникс» Андрей Малафеев. По его словам, поэтому Intel логично получить патенты и команду и интегрировать их в собственные разработки.

VISC-архитектура должна составить серьезную конкуренцию процессорам на ARM, что позволит значительно снизить стоимость решений для интернета вещей, уверен гендиректор завода «Ангстрем» Константин Носов.

Исправленная версия. Первоначальный опубликованный вариант можно посмотреть в архиве «Ведомостей» (смарт-версия)

Отвлекает реклама? С подпиской вы не увидите её на сайте

Печатная газета «Ведомости» не будет выходить с 12 по 31 мая 2020 года из‑за угрозы распространения новой коронавирусной инфекции (COVID‑19), введения в Москве режима повышенной готовности и ограничений, установленных Указом Мэра Москвы от 05.03.2020 № 12‑УМ.

Если у вас есть подписка на газету, вы сможете читать «Ведомости» на сайте без ограничений. Чтобы получить полный доступ к закрытым статьям, напишите нам: podpiska@vedomosti.ru. Укажите email для входа в личный кабинет на сайте и адрес доставки газеты.

Наши проекты

Контакты

Рассылки «Ведомостей» — получайте главные деловые новости на почту

Ведомости в Facebook

Ведомости в Twitter

Ведомости в Telegram

Ведомости в Instagram

Ведомости в Flipboard

Электронное периодическое издание «Ведомости» (Vedomosti) зарегистрировано в Федеральной службе по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия 22 декабря 2006 г. Свидетельство о регистрации Эл № ФС77–26576.

Рекламно-информационное приложение к газете «Ведомости». Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) за номером ПИ № ФС 77 – 77720 от 17 января 2020 г.

Любое использование материалов допускается только при соблюдении правил перепечатки и при наличии гиперссылки на vedomosti.ru

Новости, аналитика, прогнозы и другие материалы, представленные на данном сайте, не являются офертой или рекомендацией к покупке или продаже каких-либо активов.

Сайт использует IP адреса, cookie и данные геолокации Пользователей сайта, условия использования содержатся в Политике по защите персональных данных

Все права защищены © АО Бизнес Ньюс Медиа, 1999—2020

Любое использование материалов допускается только при соблюдении правил перепечатки и при наличии гиперссылки на vedomosti.ru

Новости, аналитика, прогнозы и другие материалы, представленные на данном сайте, не являются офертой или рекомендацией к покупке или продаже каких-либо активов.

Все права защищены © АО Бизнес Ньюс Медиа, 1999—2020

Электронное периодическое издание «Ведомости» (Vedomosti) зарегистрировано в Федеральной службе по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия 22 декабря 2006 г. Свидетельство о регистрации Эл № ФС77–26576.

Рекламно-информационное приложение к газете «Ведомости». Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) за номером ПИ № ФС 77 – 77720 от 17 января 2020 г.

Сайт использует IP адреса, cookie и данные геолокации Пользователей сайта, условия использования содержатся в Политике по защите персональных данных

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:

Adblock
detector