專為數據中心打造的高級芯片Piton,到底有什麽特別之處?

來源:雷鋒網 2016-08-25 22:00:00

在8月23日的舊金山HotChips大會上,普林斯頓大學的研究人員公布了其名為“Piton”的25核處理器芯片的細節,並提出用8000個Piton塞滿一台計算機,打造成20萬內核總數計算機的非凡構想。

一般個人計算機的芯片隻有4~8個內核,而Piton為大型數據中心支持大流量數據、具有高度可擴展性、能夠支持多個處理器核心等特點量身打造。20萬內核計算機的構想如果真的實現,就要看哪一家廠商願意使用它了。

Piton可以大幅度提高運算數據並節省能耗,其構造上具有出色的可擴展性,這意味著幾千個這樣的芯片可組合起來,構成一個具有數百萬個處理器的整體係統。

普林斯頓大學的教授DavidWentzlaff說道:“在Piton製作工程中,我們重新思考了計算機的架構,專門為數據中心和雲打造這樣一個特殊的芯片。這是目前學術界製作的最大的芯片之一,它可以更有效地運行,並且更便宜。”

Piton是Wentzlaff和他的學生們多年來共同努力的成果,目前的版本是6mmx6mm的麵積,包含4.6億個晶體管,每一個晶體管隻有32納米長,除了用電子顯微鏡,肉眼根本無法可見這些晶體管。

總的來說,Piton有以下三大特點:

“執行破風”

Piton的設計專注於挖掘同一個芯片上運行程序的共性。其中一種方法被稱作是“執行破風”(ExecutionDrafting),這很類似於在自行車比賽中,車手們組成特定的隊形,利用領騎手破風所形成的氣流(Drafting),以此減少阻力節省能量。

在一個數據中心裏,通常多個用戶運行的程序依賴著相似的處理器操作。Piton的內核們可以識別出這些程序之間的關係,並且連續執行相同的指令,所以內核們一個接一個地循環運行,就像是一列賽車手一樣。研究人員表示,這樣運行的效果是,比起普通的內核,可以提高大約20%的能效。

流量整形器

一般來說,多個程序相互擠占計算機內存。Piton會有一個內存流量整形器(Memory-trafficShaper),這個功能就像是一個在繁忙的十字路口的“流量警察”,它評估每一個程序的需要,相應地調整它們的內存請求,指揮程序們順暢流通,避免發生堵塞。與傳統分配方法相比,這個可以讓芯片的性能提高18%。

高效的緩存管理

Piton芯片本身的內存管理也十分高效。這種內存,就是通常所說的“緩存”。在大多數的設計中,一個芯片的所有內核都會共享緩存,但是這種策略在多個內核要獲得並修改緩存的時候,就會出現衝突的問題。Piton並未采取這種共享的方法,而是給緩存的區域和特定的內核分配了不同的用途。研究人員表示,這樣一來,每個芯片的效率能夠提升29%,而且當一個數據中心裏數百萬的內核一起運行的時候,係統的效率還會成倍增加。

研究人員表示,這些經過改善的特性,與現存的生產標準保持一致,可以應用於生產實踐中。為了促進Piton的發展和應用,普林斯頓大學已經把Piton的設計開源,公眾和研究人員都可以點擊這個網站獲得相關信息。

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