異構(gòu)來(lái)臨 HSA聯(lián)盟初探

GPU是強(qiáng)大的并行處理器，CPU是強(qiáng)勁的串行處理器，那么CPU和GPU如果各取所長(zhǎng)，聯(lián)合在一起的話，是不是可以發(fā)揮最強(qiáng)大的能力呢？AMD在APU推出后，就在全力發(fā)展CPU和GPU的異構(gòu)計(jì)算，HAS聯(lián)盟就是AMD在異構(gòu)計(jì)算上最大的殺招。

異構(gòu)計(jì)算走上舞臺(tái)

AMD在APU發(fā)展?jié)u漸成熟后，除了考慮到CPU和GPU硬件架構(gòu)上的融合外，在軟件層面也開(kāi)始為APU做出準(zhǔn)備。實(shí)際上，APU等類似融合產(chǎn)品的軟件才是最關(guān)鍵的因素。因?yàn)闊o(wú)論硬件性能怎么強(qiáng)大，都需要使用軟件才能真正發(fā)揮作用，軟件才是類似融合設(shè)備發(fā)展的最大難題。這個(gè)市場(chǎng)需要AMD和合作伙伴來(lái)給出軟件開(kāi)發(fā)架構(gòu)、各種API和開(kāi)發(fā)環(huán)境，并且有持續(xù)不斷的開(kāi)發(fā)指導(dǎo)，技術(shù)發(fā)展，最終才能讓APU代表的異構(gòu)計(jì)算成為人們生活中不可分割的一部分，才能為AMD以及其合作伙伴帶來(lái)利潤(rùn)。

這樣的話說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，但是做起來(lái)相當(dāng)困難。目前的APU在硬件上的融合并不深入，軟件使用方面更是CPU和GPU分開(kāi)。AMD的希望是未來(lái)的異構(gòu)計(jì)算下的軟件，能做到自然的用戶界面、更大的顯示面積、利用協(xié)同交互、云計(jì)算等新興科技帶來(lái)完全不同的使用體驗(yàn)。相比之下，目前的CPU和GPU計(jì)算還是獨(dú)立的、分開(kāi)的，沒(méi)有統(tǒng)一的軟件環(huán)境和自動(dòng)調(diào)用CPU、GPU的優(yōu)勢(shì)來(lái)進(jìn)行程序處理的能力。

為了達(dá)到這個(gè)目的，AMD和一些廠商成立了HSA，全稱是Heterogeneous System Architecture，中文為異構(gòu)計(jì)算聯(lián)盟。這家聯(lián)盟的創(chuàng)始人包括了AMD、高通、ARM、三星、德州儀器等廠商，發(fā)起者和支持者包括LG、索尼、美滿電子、意法愛(ài)立信等業(yè)界翹楚，此外，HAS聯(lián)盟還得到了多家大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的支持。

高效內(nèi)存利用 未來(lái)更美好

HSA架構(gòu)目前主要支持的內(nèi)容包括GPU計(jì)算使用C++這樣的大眾化語(yǔ)言，擁有用戶模式調(diào)度、完全一致性的CPU和GPU內(nèi)存、GPU可以通過(guò)CPU指針使用頁(yè)面內(nèi)存、GPU計(jì)算可搶占性以及GPU計(jì)算上下文可以切換。尤其是GPU可以使用頁(yè)面內(nèi)存、GPU計(jì)算可搶占以及GPU上下文切換等，在傳統(tǒng)的GPU中是難以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樾枰婕暗胶芏嗯袛嗪头种?。在HSA中，這樣的設(shè)計(jì)將成為整個(gè)系統(tǒng)最重要的內(nèi)容，最終為CPU和GPU的融合帶來(lái)更深入、更智能的一面。

目前的AMD已經(jīng)走完了一些路程，比如在APU上，AMD實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一內(nèi)存尋址。統(tǒng)一內(nèi)存尋址的優(yōu)勢(shì)在于可以使所有的計(jì)算單元訪問(wèn)相同的數(shù)據(jù)，這樣一來(lái)CPU和GPU的計(jì)算就可以交替運(yùn)行。當(dāng)然，AMD的希望在于設(shè)計(jì)一種更為智能的計(jì)算架構(gòu)，不需要人工去指定CPU還是GPU，硬件方面也不用區(qū)分CPU模塊和GPU模塊，任務(wù)會(huì)根據(jù)需求自動(dòng)使用相關(guān)的部件來(lái)高效、快速的完成計(jì)算，所有的計(jì)算任務(wù)都可以和諧的工作在一塊芯片上。這就是HSA終極目的。

不過(guò)僅僅如此顯然是不夠的。AMD和HSA聯(lián)盟還需要做大量的工作，比如在驅(qū)動(dòng)層面的支持以及軟件環(huán)境的支持等。但就現(xiàn)在的情況來(lái)看，根據(jù)AMD公布的一些數(shù)據(jù)，HSA在部分特定的任務(wù)中，使用APU能夠比單獨(dú)使用CPU和單獨(dú)使用GPU都表現(xiàn)得更好，特別是性能和功耗上的表現(xiàn)——其實(shí)這兩者都來(lái)源于合理的利用最恰當(dāng)?shù)慕M件進(jìn)行計(jì)算。比如將GPU計(jì)算更快的任務(wù)交由GPU計(jì)算就能獲得更好的性能功耗比以及速度，因此一旦成功，HSA會(huì)在效能和功耗表現(xiàn)上擁有比CPU和GPU單獨(dú)或者簡(jiǎn)單聯(lián)合都好的表現(xiàn)，畢竟CPU和GPU采用的是PCI-E總線，而HSA聯(lián)盟目前的主要目標(biāo)APU以及其他異構(gòu)計(jì)算單元都是直接單芯片內(nèi)連接組建，速度更快，支持更簡(jiǎn)單。

目前HSA還處于起步階段，支持的軟件也非常稀少，除了一些傳統(tǒng)支持GPU加速的軟件外，HSA聯(lián)盟還沒(méi)有提供特別有特色的軟件進(jìn)行展示和試用。不過(guò)從發(fā)展的角度來(lái)看，HSA聯(lián)盟無(wú)論如何已經(jīng)走完了第一步，在硬件架構(gòu)、軟件框架上已經(jīng)搭好了舞臺(tái)，剩下的就需要依靠AMD以及合作廠商的推廣，讓HSA成為業(yè)內(nèi)主流被更多用戶和廠商所接受了。