你需要了解关于HSA规格的更多知识!

2016-04-01 09:24:38来源: eettaiwan
2000年以前,个人电脑(PC)通常只有一颗使用者可编程的处理器──也就是中央处理器(CPU);多年来有许多添加不同种类处理器的尝试,但一直到绘图处理器(GPU)发明,异质多工处理技术才成为PC市场的常见功能。

从那时候开始,PC与类PC装置如平板电脑、智慧型手机内的处理器数量与种类快速增加;今日所谓的系统单晶片(SoC)处理器,通常包括一个支援音讯、数据机与多媒体处理的数位讯号处理器(DSP),一个加速摄影机相关运作的影像讯号处理器,以及支援感测器融合、资料通讯与资料储存的其他专用处理器。

多工处理被多家不同的供应商导入成为PC平台的特色;因为作业系统开发商并没有提供必备的架构支援,那些供应商被迫在继承自较简易周边装置的驱动程式模型内运作。其最大的限制在于需要CPU协调主处理器与各个协同处理器本地记忆体之间的资料传输与指令。

随着协同处理器的数量与重要性提升,这种以CPU为中心的解决方案变得很不方便,有太多潜在性能在那些不必要的协调任务中被浪费,也会因为需要在多个实体与虚拟位址空间之间转译而产生太多错误与安全性弱点。

因此──虽然时间有点迟──相关解决方案应运而生,而被认为最全面的起点是AMD在2011年推出的融合系统架构(Fusion System Architecture,FSA);FSA演变成今日的异质系统架构(Heterogeneous System Architecture,HSA)规格,由HSA基金会负责维护。HAS基金会包括7家创始成员(除AMD之外,包括ARM、Imagination、联发科、 Qualcomm、Samsung与TI),还有42家一般会员,分成数个小组。

HSA基金会在2015年公布了1.0版的HSA规格,并于同年12月出版了一本题为《异质系统架构──全新的运算平台基础架构(Heterogeneous System Architecture -- A New Compute Platform Infrastructure)》的书籍,详述了该规格的背景与实作建议,由美国伊利诺大学香槟分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)的Wen-Mei W.编辑。

HSA最重要的功能(笔者认为),是系统中所有的HSA处理器(代理/agent)采用单一记忆体模型(single memory model)、单一排队模型(single queuing model)以及单一虚拟指令集;此外针对抢占(preemption)与本文切换(context switching)也有一些标准化。

但基本上不同种类的处理器(例如CPU与GPU),会有程度不等的本文切换延迟,使其不可能延伸单一本文切换模型以适应每一种HSA代理。还有许多附加功能建立在那些基础上:原子记忆体(atomic memory)运作标准、例外状况处理(exception handling)、除错、执行时期应用程式介面(runtime APIs)等等。

HSA的记忆体模型也值得详述;该规格将在竞争CPU、系统与作业系统供应商影响下独立发展的记忆体子系统之许多特性标准化,展望未来,那些设计与编程HSA代理的厂商会需要在虚拟定址(virtual addressing)、连贯性与一致性支援单一组规则,不同于今日相互矛盾、混淆、错误诱导的混杂定义。

身为一位花费多年时间提倡架构现代化的工程师,我赞赏HSA基金会的进展,但我认为仍有进一步改善的空间(而且相当充裕);特别是当快闪记忆体被发明出来,我认为传统上对于“记忆体”与“储存”的定义已经过时,但PC产业仍固执地抵制一些在其他运算应用领域被证实已经成功的想法。

在上述的HSA新书中也有些未提及的议题,并非只有CPU、GPU与DSP等类型的处理器可能在PC中应用,例如FPGA正成为PC与高性能运算都有兴趣的方案;但是到目前为止HSA还是着重在CPU、GPU与DSP这些类型的处理器。

此外系统架构虽定义了系统安全性的限制,但安全性完全未在此书中提及──至少那个名词并没有出现在书籍的目录中。令人遗憾的现实是,HAS会产生像是那些像是在CPU上的病毒那么危险的、寄生在GPU病毒,系统配置者应该被教育如何将这些新的威胁最小化,但此书并不能提供协助。

最后作为一位独立评论者,我必须指出显而易见的一点:英特尔(Intel)不支持HSA (特别声明,我个人与英特尔并没有业务上的合作关系,也不是HSA基金会的成员)。英特尔在全球PC市场的占有率高达八成,对于共享虚拟记忆体以及其他一些HSA的元素有他们自己的实作方法。基于纯粹实用主义的理由,这一点可能有助于HSA基金会解释其解决方案的差异性与优越性所在。

对此我曾询问过HSA基金会主席John Glossner,他表示(在HAS基金会的官网上也有说明),目前市场上大多数对HSA的关注是来自于行动平台供应商,虽然也很欢迎英特尔加入,该公司在行动装置市场的能见度并不高,只有一些例如Win 10平板电脑等数量相对很少的利基产品,因此英特尔的缺席并不会对HSA的广泛采用造成障碍。

Glossner进一步解释,1.0版HSA规格的主要目标是协助供应商利用自己的IP、“从上到下”在平台上布置HSA;那些供应商通常对于那类议题关注较少,因为他们掌控设计的所有元素,而且对于以标准为基础的特殊应用共同处理器兴趣更高。而正在开发中的1.1版HSA规格,将有助于来自不同供应商的IP整合到个别SoC方案;在这样的环境中,安全性、字节序(endianness)等等类似的问题将需要更进一步的关注。

关键字:HSA

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/article_2016040152711.html
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