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  • 36核处理器?我的小伙伴们惊呆了!

作者:jjchenqi2014-06-24 17:12:42来源:Bookshi整理

      36核处理器?你听说过吗?正如那首歌唱的那样,你是否曾想起我?现在这一切都不再是梦,据英国麻省理工学院的研究人员透露,他们已经研制成功并对36核处理器做实验测试。此消息一经传出引发IT界轩然大波,人们不禁在想,科技产品没有什么不可能。套用那句时尚的网络用语:我和我的小伙伴们都惊呆了!


本文来自麻省理工学院官方新闻网站,作者为 Larry Hardesty。


处理器具备更多核心,或者说具备更多的处理单元,会给核心之间的数据交换带来更大的问题。多年以来,麻省理工学院一位新加坡的电子工程与计算机科学的研究教授 Li-Shiuan Peh 一直认为未来的多核心处理器需要组成一个小型的“网络”,每个核心都有一个关联的“路由器”,数据在核心之间的传递都以固定大小数据包进行。

在本周的计算机架构国际学术研讨会上,Li-Shiuan Peh 的团队展示了他们开发的 36 核处理器,这枚处理器号称具备“片上网络(network-on-chip)”。除了它上面应用了多种团队早期的想法之外,这枚 36 核处理器也结局了“片上网络”处理器的一大问题:维持高速缓存一致性,或确保处理器核心中本地存储的全局数据副本能保持最新。

现在的处理器上所有的核心(一般是 2-6 个核心),都是通过一条单独的线来连接的,即总线。当两颗核心需要通讯的时候,它们会请求独享总线的流量。但是这种方法在多核心的处理器上运行起来不如意:一颗核心在占用总线的时候,其他核心需要等待,而非同步进行计算。

有了“片上网络”,每个核心都可以与其他核心快速地交换数据,麻省理工学院电子工程与计算机科学专业研究生 Bhavya Daya 说:“每个核心都可以与它临近的核心快速通讯,每个核心的数据要走到同一个目的地有多条线路可用。所以说,预期用一条拥挤的总线,不如用多条。”

Snoopy 协议

不过只有一条总线也有好处,那就是可以更容易地保持高速缓存的一致性。处理器上的每个核心都有自己的高速缓存,它可以用来存储最常用的数据。在进行计算的时候,核心会更新缓存内的数据,因为更新频率很高,从高速缓存运输到内存之间的数据运输也是一件很耽误时间的事。

但是如果如果在数据发送出去之前,其他核心需要这个数据怎么办?为了解决这个问题,绝大多数核心都会采用一种名叫“snoopy”的协议,因为这个协议允许处理核心窥视其他核心的数据交换。当一个核心需要某部分特殊的数据时,它会向其他广播请求,有这个数据的核心会把数据运回给这个核心。

如果所有的核心共享一条总线,当一个核心收到数据请求时,它会知道这是最近的一次请求。同样,当请求数据的核心得到数据之后,它也知道这是最新的数据版本。

但是在“片上网络”处理器中,数据可以在各个核心之间传递,数据封包也会以不同的顺序送达不同的核心。这样,snoopy 协议所依赖的排序就被瓦解了。

新等级

Bhavya Daya、Li-Shiuan Peh 和他们的同时通过给芯片配备一个二级网络来解决这个问题。连接网络的线路很简单:网络上的核心在主网络之上(即影子网络)发送数据请求。因为各个核心的数据声明都很简单,这个影子网络上的节点可以将声明汇集在一起,然后在网络上传递,不会遇到总线延迟的问题。

一组一组的声明以离散的间隔频率到达每个核心的“路由器”上,这个频率与影子网络上节点到节点的时间有关。每个路由器可以将本间隔内有多少请求已被发布、由多少核心发布制作成表格来查看。请求可能会过一段时间才能到达,但是将要收到数据的核心知道这个数据请求已经被发布了。

在每次间隔期间,芯片上的 36 个核心都被赋予了不同的优先等级。比如说在第一次间隔内,核心 1 和核心 10 发布了请求,但是核心 1 的优先级更高。不过,核心 32 的路由器可能会比核心 1 更早地接受到核心 10 的请求。但是核心 32 会等待核心 1 的请求到来才处理核心 10 的请求。

这种等级序列模拟了总线发送数据请求的历时顺序,所以多核心处理器的 snoopy 协议依旧有效。每个间隔结束之后,这种等级序列就会更改一次,但是为了让处理器长久运行,每个核心的权重都是平等的。

美国密歇根大学电子工程与计算机科学教授 Todd Austin 表示,多核心处理器的高速缓存一致性“是一个很大的问题,而且问题越来越严重。他们给的贡献很有趣,他们说‘让我们去掉现有的网络太多的复杂内容。’这种做法会给数据交流带来更多通道,处理器中的通讯协议也会梳理出所有的细节。他们的这种方法更简单,更快。的确是聪明的想法。”

Austin 还说:“还有一个挑战就是,学术圈需要说服行业,他们的观点是可行的、有用的。他们在这一方面也做的不错,做出了一个可以工作的芯片。如果他们的芯片无法做成商用产品的话,我会很惊讶的。在确保了原型芯片可以用之后,Daya 已经在 Linux 操作系统上使用了这枚处理器,使系统可以兼容 36 核处理器,测评了实际应用表现,确定团队理论推测的准确性。此外,她还准备发布用 Verilog 语言编写的硬件说明,即这枚芯片的蓝图将以开源的方式发布。”



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