解析HSA----CPU+GPU異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)

先來(lái)了解一下HSA

HSA全稱(chēng)為Heterogeneous System Architecture，翻譯成中文就是“異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)”，強(qiáng)調(diào)的是CPU+GPU異構(gòu)計(jì)算。

我們認(rèn)為，現(xiàn)在的CPU發(fā)展已經(jīng)遇到了瓶頸，傳統(tǒng)CPU架構(gòu)決定了它無(wú)法在并行運(yùn)算上做出更大的貢獻(xiàn)。

而CPU+GPU運(yùn)算就能很好地解決這個(gè)難題：GPU作為一個(gè)多重單位運(yùn)算體系，在并行計(jì)算上有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)CPU與GPU的結(jié)合讓串行工作與并行工作協(xié)調(diào)處理，將大幅度提高計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。

2012年6月份，AMD聯(lián)合ARM、Imagination、聯(lián)發(fā)科、德州儀器共同組建了非營(yíng)利組織“異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)基金會(huì)”(HSA Foundation)，隨后吸引了三星電子、高通以及大批行業(yè)公司、科研機(jī)構(gòu)的加盟，到2013年1月份已經(jīng)成為開(kāi)放式行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

如今HSA聯(lián)盟正逐~步~擴(kuò)~展~

第一款使用HSA架構(gòu)的APU產(chǎn)品由Kaveri擔(dān)任，也就是TrinityAPU處理器的正式繼任者。

Kaveri實(shí)現(xiàn)了架構(gòu)整合，在指令集架構(gòu)(ISA)的層面上完成CPU、GPU完全一致性?xún)?nèi)存，支持統(tǒng)一尋址，GPU可以通過(guò)CPU指針使用可分頁(yè)系統(tǒng)內(nèi)存。這款史上最強(qiáng)APU Kaveri已經(jīng)發(fā)布啦!

HSA的關(guān)鍵技術(shù)：hUMA

在過(guò)去，即便GPU和CPU已整合到同一個(gè)芯片上(GPGPU技術(shù))，芯片在運(yùn)算時(shí)要定位存儲(chǔ)的位置仍然得經(jīng)過(guò)繁雜的步驟，這是因?yàn)镃PU和GPU的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存區(qū)相互獨(dú)立，當(dāng)CPU程序需要在GPU上進(jìn)行部分運(yùn)算時(shí)，CPU必須將存儲(chǔ)區(qū)上的所有的資料復(fù)制到GPU的存儲(chǔ)上，而當(dāng)GPU上的運(yùn)算完成時(shí)，這些資料還要再?gòu)?fù)制回到CPU存儲(chǔ)。這些步驟都會(huì)不斷耗費(fèi)時(shí)間以及降低程序處理的效率。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，HSA聯(lián)盟公布了hUMA技術(shù)，透過(guò)hUMA，CPU和GPU能共享同一個(gè)存儲(chǔ)空間，并且CPU能夠直接存取GPU的存儲(chǔ)位址，不必像過(guò)去得花工夫再將GPU的運(yùn)算資料復(fù)寫(xiě)到CPU上，So easy~

UMA的誕生解決了系統(tǒng)中計(jì)算核心訪(fǎng)問(wèn)與讀取內(nèi)存的問(wèn)題，在一個(gè)真正的UMA系統(tǒng)資源內(nèi)，所有的計(jì)算核心都將共享一個(gè)單一的內(nèi)存地址空間，并且CPU或GPU中任意一個(gè)處理單元做出的更新，對(duì)其他所有處理單元均可見(jiàn)。

除此之外透過(guò)hUMA GPU還可以支持分頁(yè)內(nèi)存管理，GPU可以產(chǎn)生缺頁(yè)異常，不再受限于傳統(tǒng)上的頁(yè)表鎖定內(nèi)存，而且內(nèi)存整體空間得到了有效利用，CPU和GPU進(jìn)程可以從整個(gè)內(nèi)存空間中動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存，避免了以前硬性分配造成資源浪費(fèi)的尷尬。

那么， HSA架構(gòu)體系將為我們的生活帶來(lái)哪些改變的可能性呢?

HSA異構(gòu)體系的未來(lái)

由于HSA是一種開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)，在未來(lái)發(fā)展道路上有著更多的可能性，通過(guò)異構(gòu)體系可以融合不同廠(chǎng)商的芯片優(yōu)勢(shì)，而CPU/GPU的協(xié)作運(yùn)算將帶來(lái)更加明顯的功耗優(yōu)勢(shì)。

而且異構(gòu)體系的開(kāi)放性使得芯片廠(chǎng)商更容易去開(kāi)拓新市場(chǎng)——不僅僅局限于PC，包括服務(wù)器、嵌入式領(lǐng)域、平板手機(jī)游戲機(jī)等等都將成為HSA聯(lián)盟的市場(chǎng)目標(biāo)。

對(duì)消費(fèi)者而言，我們可以體驗(yàn)到更加極速的計(jì)算性能，系統(tǒng)將高負(fù)載計(jì)算交由GPU完成，GPU中每一個(gè)流處理器都相當(dāng)于一個(gè)CPU核心。試想下GPU中成百上千的流處理器合作運(yùn)算，那會(huì)是一種完全不同的用戶(hù)體驗(yàn)。

我們相信，HSA體系的出現(xiàn)將引發(fā)芯片市場(chǎng)的新一輪改革，當(dāng)然，這還需要包括系統(tǒng)以及APP在內(nèi)的生態(tài)圈合作支持才行。hUMA將會(huì)支援C++和Java等開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，或許在不久的將來(lái)，我們就能看到HSA體系遍地開(kāi)花，涌現(xiàn)出各種各樣更高效、更優(yōu)質(zhì)的設(shè)備。