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Kalray 基于MPPA解決方案實現(xiàn)單芯片超算

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超級計算,對很多人來說并不陌生但仿佛又離得很遠,或許大家對它的了解也僅僅限于“天河”超級計算機。其實,隨著越來越多的應(yīng)用對實時數(shù)值計算和數(shù)據(jù)處理提出極高的要求,超級計算正在越來越多地出現(xiàn)在與人類生活息息相關(guān)的領(lǐng)域。尤其是近些年來,隨著云計算、大數(shù)據(jù)等IT新概念和新技術(shù)的出現(xiàn),以及先進無損音視頻處理和自動駕駛設(shè)備等嵌入式高性能計算的興起,使很多原有應(yīng)用迎來了突破性進展,并促使很多新的IT應(yīng)用模式出現(xiàn)。而在這些應(yīng)用背后,許多廠商正在全力實現(xiàn)的“嵌入式”實時超級計算解決方案,可以提供芯片級的高性能數(shù)據(jù)運算和處理能力。為此,北京華興萬邦管理咨詢有限公司走訪了業(yè)內(nèi)率先實現(xiàn)單芯片超算(SupercompuTIng on a Chip)商用的法國Kalray公司,為大家一探“片上超算”給行業(yè)帶來的新機會。

面向超級計算的多核處理器

為了完成普通PC或服務(wù)器無法完成的大量、復(fù)雜的計算任務(wù),超級計算機要求擁有為數(shù)眾多的處理器。然而,隨著對運算速度越來越高的追求,單核處理器已經(jīng)無法滿足超級計算的要求,因為無休止地增加單核處理器的數(shù)量不但會造成成本和功耗的大量增加,而且性能也無法呈現(xiàn)幾何級數(shù)的增長。于是,多核技術(shù)開始被大量應(yīng)用于超級計算當中。以中國的“天河二號”超級計算機為例,其使用的主處理器和協(xié)處理器目前均為Intel公司的多核處理器。

目前,市場上研發(fā)并供應(yīng)多核處理器芯片的廠商為數(shù)眾多,以Intel和AMD兩大處理器廠商為首,不同的多核處理器所面向的應(yīng)用領(lǐng)域也不盡相同。除了面向PC應(yīng)用的2核、4核處理器和面向手機和平板電腦的4核、8核處理器外,一些供應(yīng)商推出的8核、16核處理器也已實現(xiàn)全面的商用,例如XMOS公司的xCORE系列多核處理器已被高解析度音頻、千兆網(wǎng)速物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域中的產(chǎn)品、解決方案所采用,該公司全新的xCORE-200多核微控制器通過在單一器件上集成16個或更多高性能32位RISC處理器內(nèi)核,成為了高性能用戶、專業(yè)音頻與新興千兆網(wǎng)速物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用的完美可編程平臺。

在眾多的多核處理器供應(yīng)商中,有一家面向超級計算相關(guān)應(yīng)用的廠商正在越來越多地引起業(yè)界的關(guān)注,這就是全球首家可以提供256核以上處理器芯片的廠商——法國公司Kalray。Kalray公司是在單芯片上實現(xiàn)超級計算(SupercompuTIng on a Chip)的發(fā)明者,其大規(guī)模并行處理器陣列芯片MPPA(Massively Parallel Processor Array)處理器采用臺積電(TSMC)的28nm工藝制程,擁有超過256個可以進行C/C++編程的內(nèi)核。該公司的單芯片超算解決方案可以為兩大類應(yīng)用提供高性能、低功耗和實時等特性,一類是在數(shù)據(jù)中心、視頻處理等應(yīng)用中卸載主處理器的任務(wù),另一類是需要較大量數(shù)據(jù)處理、高實時性和低功耗的嵌入式應(yīng)用。下面為您具體介紹該公司的解決方案及其商業(yè)應(yīng)用。

Kalray公司的256核MPPA處理器芯片

低功耗256核處理器芯片和標準C/C++編程環(huán)境

Kalray公司是一家成立于2008年的無晶圓廠半導(dǎo)體公司,它是開發(fā)多核處理器解決方案的先鋒廠商。該公司創(chuàng)新的MPPA架構(gòu)獨一無二地提供單芯片超算解決方案,其可以為視頻、網(wǎng)絡(luò)、電信、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的云計算應(yīng)用實現(xiàn)實時加速,還可以為航空航天、國防、汽車等領(lǐng)域的嵌入式應(yīng)用提供嵌入式高性能運算能力。Kalray公司的總部位于法國,包括位于巴黎和歐洲硅谷格勒諾布爾市(Grenoble)兩個地點的辦公室,此外,其在美國加州和日本東京還設(shè)有分公司。

Kalray公司的完整解決方案包括MPPA系列多核處理器、PCIe Gen3加速卡、提供網(wǎng)絡(luò)加速支持的開源網(wǎng)絡(luò)接口卡(Open NIC),以及軟件開發(fā)工具包。該解決方案可以提供行業(yè)領(lǐng)先的低計算功耗,具有時間可預(yù)測性和低延遲性,以及獨一無二的處理擴展性和系統(tǒng)密度,可以在同一塊片芯上實現(xiàn)多種異構(gòu)的應(yīng)用,同時擁有很好的可編程性(包括標準C/C++和OpenCL)。

MPPA多核處理器包括Andey MPPA和Bostan MPPA兩款產(chǎn)品。其中Andey為第一代MPPA處理器,已于2013年第1季度開始供貨。它擁有超過256個可以進行32位超長指令字C/C++編程的內(nèi)核,單精度浮點運算速度可以達到210 GFLOPS(每秒十億次浮點運算),雙精度浮點運算速度可達70 GFLOPS,運算速度可達0.7 TOPS(每秒萬億次運算)。該處理器擁有兩塊帶寬為12.8GB/s的64位DDR3內(nèi)存,以及兩個由DMA支持的PCIe Gen3&TImes;8接口。Bostan為該公司即將推出的第二代MPPA處理器,目前已完成流片及樣片的封裝,將于2015年第4季度向先期客戶供貨。它的單精度浮點運算速度可以達到840 GFLOPS,雙精度浮點運算速度可達420 GFLOPS,運算速度可達1.4 TOPS,其他性能相比Andey MPPA有較大幅度的提升。

MPPA多核處理器采用Kalray獨一無二的架構(gòu)設(shè)計。每個處理器芯片擁有4個四核主CPU和 16個計算集群,每個計算集群中又包括16個用戶核和1個系統(tǒng)核,每個用戶核則采用Kalray擁有專利的超長指令字架構(gòu)進行設(shè)計。同時,其片上的DDR存儲器和以太網(wǎng)及PCIe接口模塊支持了數(shù)據(jù)的低延遲處理,并使芯片的整體功耗遠遠低于通用的多芯片組功耗,Andey MPPA處理器的典型功耗為12W,Bostan MPPA處理器的功耗為11W-30W。

Kalray公司獨一無二的處理器架構(gòu)

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