MIPS引领核战升级:从多核心到多集群

Imagination Technologies推出了I级I6400 MIPS64位处理器,聚焦多线程、多核和多集群一致性处理,该处理器扩展性优异,可从单核扩展至数百核。

该核心可针对广泛应用,从嵌入式、手机、数字消费到支持复杂网络和存储的先进网络。Imagination已经在这些领域拥有多个授权商,而集群技术正是左右多核选择和多集群选择的关键架构属性。将核心连接到集群的一款新型结构,拥有突出优势,能够关闭单个核心,降低功耗的同时依然保持一致性。

“任何人都可以使用目前的硅晶片制造多核芯片。我们的核心在设计之初就具备一致性属性,所有核心连接起来并在统一环境下工作。您也可以让它们工作在多操作系统下”马克Throndson,Imagination公司的处理器市场营销和业务发展总监对我们如此说。

一个集群就是一组多核。在基础层面上,如果您购买了I6400产品,它可能是一个四核配置,所有核连接在一起,这将是拥有一堆核心的集群。这种设计旨在采用一个集群并将其扩展至64集群,每个集群拥有六核,采用另一级别的技术,一种新型结构将所有集群连接起来。我们不打算揭露太多该新型结构的详细信息,但它并非一致性管理器的一部分。将六核连接成为一单一集群,该集群也可以连接到一个更大的多集群解决方案中。

多集群解决方案

所有这些旨在面向更大网络和存储应用的客户,如博通和Cavium公司。 “我们有些公司客户拥有以MIPS核心为基础的100核方案,并且我们的设计面向未来高可扩展性,我可以确认会看到100到200核方案的出现,”他说。

我们已经转移到基于目录的方案。相比于每个核心同时监听总线,管理器维护一个目录,允许每个核心自主运行,只有为保持一致性需要必要的干预时才触发核心进行必要的处理。这意味着您可以让每个核心运行在自有频率和自有电压上以保证每个核心充分的灵活性。以上这些也是保证可以扩展至多个集群的部分原因。该目录被所有集群所共享。我们已经转移到使用包含性的L2 cache(必须包含所有L1 cache的内容),因此其开销并非非常巨大。

多线程差异化特征

与ARM争夺战的一个关键因素是每个核心拥有多达四个硬件线程的硬件多线程选项。I6400的同时多线程(SMT)技术使得能够在每个时钟周期执行来自多个线程的多条指令。

“我们的最大竞争对手并无任何多线程动作,”Throndson说。 “我们也并非在所有产品都引入MT。我们倾向于主要在中档产品使用该技术,因为该档产品看重效率。这也是我们在这里引入MT的原因。”

另一个原因是我们在移动平台、DTV、STB或者甚至MIPS占据巨大份额的家庭网络中都采用MT技术。“我们相信,MT应该在未来更加流行并不断前行,因为它看起来等同于多核并提供了一种非常简单的扩展能力。不需要其它技术就可以使用它。"

提供在核心上添加多达四个线程的选项以匹配不同应用需求。

我们的前几代拥有MT技术的架构使用一个流水线,通过多线程来保持双指令发射的流水线处于饱和状态。而目前的MT架构,线程的数量是可选的,但固定的是采用双流水线。如果有客户希望使用单流水线的多线程版本,我们提供interAptiv架构,所以这并非完整的替代品。新方案将MT技术提升到一个新的层次,并在其中引入64位支持。

初步基准测试显示,添加第二个线程将会让流行的行业基准测试结果性能提升40-60%,包括SPECint和EEMBC的CoreMark,Imagination在一个发布印刷文档中如此描述。同时带来的是小于10%的集群集面积增加—— 在1Ghz时芯片面积大约1平方毫米,性能指标为5.6 CoreMark/ MHz以及3.0 DMIPS/ MHz。然而,功耗值(对多线程来说是一个关键指标)尚未确定。

“我们相信,基于目前的功耗数据,相比竞争对手的提供的产品,我们的产品将越来越有竞争力,”Throndson说。 “电源轨道需要一定面积,必定伴随泄漏功耗,”虽然一些这方面的优势来自功耗调节技术,因为我们能够关闭更多核心。这包括在一个异构集群中为每个核心提供一个专用时钟和电压的能力,同时还维护所有CPU间的一致性,从而使睡眠内核仅在需要时才唤醒。

电源轨道

“这一设计面向64位处理器,但由于在该核心上所取得的目标,我们相信它依然非常适合于32位处理器,包括性能、芯片尺寸和功耗,”他说。 “增加64位支持的开销被最小化了,因为MIPS64是MIPS32的一个合适超集,增加了64条指令,因此您可以在不切换模式时运行现有的MIPS32软件。”

随着硬件虚拟化支持,I6400引入了高达15个安全/不安全的客户支持。它支持多个独立的安全现场以及多个独立的执行域。它使用源自Imagination及其生态系统合作伙伴的技术,并包含SoC中其它关键组件,以在跨多个应用程序和内容源环境下支持同时安全内容传输、安全支付、身份保护,以及其它安全类应用。

I6400中的硬件浮点单元(FPU)同时支持单精度和双精度能力,因为这两者在通用计算和控制系统处理中很常见。128位SIMD引擎的相关指令将在高级语言如C或OpenCL中获得支持。I6400的SIMD支持不同宽度的整数(8、16、32和64位)和浮点(32、64位)数据类型。在发行版中Imagination说该特性使得在“跨越音频、视频、视觉以及其它计算密集型应用案例的许多应用程序中表现都非常高效。”

开发工具

针对I6400核心的一系列开发工具和软件产品已经可用或正在开发中。 Android即将到来的Ł版本包含了对64位MIPS的支持。I级核心所用的虚拟机监视器正在开发中,将帮助客户充分利用硬件虚拟化和增强的多现场安全功能。

通过PRPL开源基金会完成的第一个项目是在开源仿真器QEMU中引入对MIPS64 R6架构的支持,目前在这里可以找到可用版本。通过QEMU,开发人员可以开始开发面向64位I6400核心的应用程序和软件。

Imagination已经与多个领先I6400授权合作伙伴达成协议。一般来说预计在12月一些方案就将可用。

原文链接:
http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1323730&page_number=1

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