异构计算

步入计算多元化时代,异构计算为什么发展空间巨大?

在互联网行业,随着信息化的普及,数据量的暴增使得人们对存储空间又有了新要求,同时,机器学习、人工智能、无人驾驶、工业仿真等领域的崛起,使得通用CPU在处理海量计算、海量数据/图片时遇到越来越多的性能瓶颈,如并行度不高、带宽不够、时延高等。

为了应对计算多元化的需求,越来越多的场景开始引入GPU、FPGA等硬件进行加速,异构计算应运而生。异构计算(Heterogeneous Computing),主要指不同类型的指令集和体系架构的计算单元组成的系统的计算方式。

20世纪80年代,异构计算技术就已经诞生了。所谓的异构,就是CPU、DSP、GPU、ASIC、协处理器、FPGA等各种计算单元、使用不同的类型指令集、不同的体系架构的计算单元,组成一个混合的系统,执行计算的特殊方式,就叫做“异构计算”。

特别是在人工智能领域,异构计算大有可为。众所周知,AI意味着对计算力的超高要求,目前以GPU为代表的异构计算已成为加速AI创新的新一代计算架构。

我们为什么需要异构计算?

【原创】异构计算时代已经到来!

作者:张国斌
5月25日,2017异构计算标准暨国际人工智能大会在厦门隆重开幕。本次大会以“面向未来智能纪元,共建共享异构计算”为主题,是我国首次召开促进人工智能算法及应用与国际主流芯片平台标准融合发展的大会,中国电子技术标准化研究院、华夏芯、AMD(中国)、Imagination(中国)、Arteris(中国)、Cadence(中国)、中兴微电子、国家电网、格灵深瞳、智芯原动、深鉴科技、中科院上海高研院、厦门大学、加驰微电子、华泉智慧能源、金奖章全球投资公司等多家在国内外具有影响力的产学研用单位,围绕异构计算与人工智能深度融合这一主线,从芯片、软件、应用、投资等不同角度做了主题报告,与参会的百余家企业分享了最新成果。

在本次大会上,Imagination市场总监柯川先生应邀在会上做了“ Heterogeneous Architectures Driving the Future《异构驱动未来》”的主题演讲,他表示异构技术不是一个新概念,但是却是正当其时。

“异构不是说我的GPU比你的CPU好,而是性能、成本和功耗均衡的技术。”他指出,“传统SoC设计,内存是分离的,这种旧的技术,已经达到零界点,难以满足新兴需求。而且其成本倍增,还提升了延迟、降低了效率,提升了功耗。”

Imagination:SoC GPU的崛起和重新调整

2017年3月初, Imagination举办了年度技术峰会。在会议上,我们的高层主管人员和合作伙伴进行了为期一天的讨论。讨论的主题范围广泛,从增强现实(AR)和虚拟现实(VR),再到异构计算和物联网安全,均有涉及。当然,我们还讨论了PowerVR GPU IP的最新发展趋势,该IP在性能和功效方面将继续保持行业领先。

在会上,PowerVR商务部高级主管克里斯托夫·比茨发表了演讲,题为:“有升必有落:SoC GPU的崛起和重新调整。”本文便是基于这篇演讲。在本文中,我们将谈论技术和市场力量如何塑造SoC GPU的需求;以及根据特定细分市场的需求和优先事项,GPU需求如何变化。我们将提出一些有根据的推测,展示2025年SoC图像使用案例。

正如我们在Imagination所了解的,由于智能手机的驱动,嵌入式GPU在新世纪头十年的中期经历了巨大的发展,我们将原PowerVR MBX内核用于移动设备和 PowerVR SGX继承版。有了这些突破性的开端,以后每一代新硬件的性能都大幅提升。消费者也迅速适应具有高质量、流畅的帧速率及功效的游戏。

不过,创建游戏的软件开发人员总是寻求可以展示更高视觉质量的方法,同样,消费者的要求也越来越高。目前,任何使用显示屏的给定设备,无论是智能手机还是车载娱乐系统,都对高质量的图像效果有了很高的期待。

最近,我有幸参加了在圣荷西举办的2015年林利处理器发布会,在此与您分享我的一些见闻。

ImaginationMIPS业务部副总裁吉姆•尼古拉斯在会上曾发表演讲,题为“异构系统架构:就在您身边”。吉姆的演讲也代表HSA基金会,是有关高性能处理器设计研讨会的一部分。其他发布演讲的嘉宾还包括来自Synopsys、Cadence、NetSpeed和Marvell的发言人。

正如之前所言,Imagination是非盈利组织HSA基金会的创始成员之一。该组织旨在创建硬件和软件标准,并简化编程模型以帮助软件开发人员更好地利用现代CPU和GPU的功能。

基金会的宗旨是解开大多数现代电子设备中使用的并行计算引擎的性能和功效之锁。由于我们的设备变得越来越复杂,处理器内部的部件数量和类型也越来越有针对性——异构计算似乎是最合乎逻辑的发展方向。

太牛了!PowerVR 8系列GPU全新发布!异构计算+光线追踪

苹果iPhone 6S、iPad Pro刚刚用上PowerVR 7系列图形核心,SC15高性能计算大会上,Imagination就宣布了全新一代的PowerVR 8系列,确切地说是高性能的PowerVR S8XT系列。

不过这次,Imagination主要是公布了一些架构上的技术特性,具体型号和规格还要稍等。

虽然这几年ARM GPU势头强劲,但是总的来说PowerVR系列依然根基雄厚、不容小觑,尤其是一直有苹果的钟爱。

PowerVR 8系列GPU全新发布!异构计算+光线追踪

PowerVR 8系列号称采用了全新的架构设计,主打两大技术,一是HSA异构架构计算,也就是AMD倡导的那一套,属于真正的硬件同步异构计算,而不是像NVIDIA那样需要驱动程序来支持的非同步异构。——NVIDIA预计要到2017年才会有自己的同步异构架构。

PowerVR 8系列可以和CPU携手执行计算任务,而且系统拥有完全一致性的缓存、内存,不但对加速计算有益,也能提升图形性能。

异构计算移动系统简介

在移动和嵌入式市场中,电子产品的设计受到多方面的约束,而这些约束条件却又十分矛盾:市场一方面需要高性能且低功耗的产品,一方面却又要求降低生产成本且缩短市场投放时间。

这种种约束由此也产生了一种趋势:进行更专业的硬件设计,以满足特定的应用程序。如果每个任务可以完美匹配一个功能单元,晶体管的浪费情况会大为好转,功率效率也将稳步提升。如此一来,应用程序处理器会随着时间的推移变得越来越异构,使多个组件得以集成到一个系统芯片中(SoC)。

下图展示了现代SoC的架构。通常来讲,这款芯片由以下几个部分组成:CPU(具有可选择性的多核及SIMD功能)、3D图形加速和高性能矢量计算GPU、获取图像传感器数据的ISP(图像信号处理器)、用于编码解码加速的VDE(视频编码解码器)、保持连通性的RPU(无线电处理单元)。每个部分均各具特色,结合各部分将使应用程序的运行更加有效。

应用程序

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在异构计算系统上进行的并行计算通常称为异构计算。

人们已从不同角度对异构计算进行定义,综合起来我们给出如下定义:异构计算是一种特殊形式的并行和分布式计算,它或是用能同时支持simd方式和mimd方式的单个独立计算机,或是用由高速网络互连的一组独立计算机来完成计算任务。它能协调地使用性能、结构各异地机器以满足不同的计算需求,并使代码(或代码段)能以获取最大总体性能方式来执行。

概括来说,理想的异构计算具有如下的一些要素:

(1)它所使用的计算资源具有多种类型的计算能力,如simd、mimd、向量、标量、专用等;
(2)它需要识别计算任务中各子任务的并行性需求类型;
(3)它需要使具有不同计算类型的计算资源能相互协调运行;
(4)它既要开发应用问题中的并行性,更要开发应用问题中的异构性,即追求计算资源所具有的计算类型与它所执行的任务(或子任务)类型之间的匹配性;
(5)它追求的最终目标是使计算任务的执行具有最短时间。

可见,异构计算技术是一种使计算任务的并行性类型(代码类型)与机器能有效支持的计算类型(即机器能力)最相匹配、最能充分利用各种计算资源的并行和分布计算技术。

【2016年全球异构计算HSA峰会】Imagination 刘国军演讲PPT

Imagination Technologies全球副总裁和中国区总经理刘国军在会议上表示:“异构处理在大量应用上代表着未来计算的发展方向。Imagination Technologies 的IP已经被广泛的应用在异构片上系统(SoC)中。我们的重点是尽可能使客户和开发人员在越来越复杂的下一代片上系统(SoC)的设计和编程中变得更加容易,这些SoC设计无疑将使用来自多个供应商的IP。我们很高兴能参与首次全球异构计算HSA峰会,与其他行业专家一起讨论围绕未来处理器技术的关键问题。”

详阅请点击下载《Multi-vendor Support in HSA: A Look Inside》

你造吗?异构计算相关术语大全

为方便大家浏览异构计算相关术语,有必要对要使用的技术词汇提供简单的指导。

下表大部分的术语都涉及到PowerVR Rogue GPU、OpenCL或GPU计算概念:

Term术语

Description 描述

运算强度

算术运算数量与内存操作的比

屏障

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