專為資料中心打造的高級晶片 Piton,有什麼特別之處?

作者 | 發布日期 2016 年 08 月 28 日 0:00 | 分類 晶片 , 記憶體 , 零組件 follow us in feedly
www.princeton.edu

在 8 月 23 日的舊金山 Hot Chips 大會上,普林斯頓大學的研究人員公布了其名為「Piton」的 25 核心處理器晶片的細節,並提出用 8,000 個 Piton 塞滿一台電腦,打造成 20 萬核心總數電腦的非凡構想。



一般個人電腦的晶片只有 4~8 個核心,而 Piton 為大型資料中心支持大流量資料、具有高度可擴充性、能夠支援多個處理器核心等特點量身打造。20 萬個核心電腦的構想如果真的成真,就要看哪一家廠商願意使用它了。

Piton 可以大幅度提高運算資料並節省耗能,其構造上具有出色的可擴充性,這意味著幾千個這樣的晶片可組合起來,構成一個具有數百萬個處理器的整體系統。

普林斯頓大學的教授 David Wentzlaff 說:「在 Piton 製作工程中,我們重新思考了電腦的架構,專門為資料中心和雲端打造這樣一個特殊的晶片。這是目前學術界製作的最大的晶片之一,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 6mm×6mm 的面積,包含 4.6 億個電晶體,每一個晶體管只有 32 奈米長,除了用電子顯微鏡,肉眼根本無法可見這些電晶體。

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晶片上運行程序的共性。其中一種方法被稱做是「執行破風」(Execution Drafting),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。

雷鋒網配圖

在一個資料中心裡,通常多個用戶運行的程式依賴著相似的處理器操作。Piton 的核心們可以辨識出這些程序之間的關係,並且連續執行相同的指令,所以核心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,比起普通的核心,可以提高大約 20% 的能效。

流量調適器

一般來說,多個程式相互擠佔電腦記憶體。Piton 會有一個記憶體流量整形器(Memory-traffic Shaper),這個功能就像是一個在繁忙的十字路口的「流量警察」,它評估每一個程式的需要,相應地調整它們的記憶體請求,指揮程式們順暢流通,避免發生堵塞。與傳統分配方法相比,這個可以讓晶片的性能提高 18%。

高效的快取管理

Piton 晶片本身的記憶體管理也十分高效。這種記憶體,就是通常所說的「快取」。在大多數的設計中,一個晶片的所有核心都會共享快取,但是這種策略在多個內核要獲得併修改快取的時候,就會出現衝突的問題。Piton 並未採取這種共享的方法,而是給快取的區域和特定的核心分配了不同的用途。研究人員表示,這樣一來,每個晶片的效率能夠提升 29%,而且當一個資料中心裡數百萬的核心一起運行的時候,系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資訊。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:普林斯頓大學) 

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