Многоядерный процессор

Multi-core processor with a large number of cores

Многоядерные процессоры — это специальные виды многоядерных процессоров, предназначенные для высокой степени параллельной обработки , содержащие многочисленные более простые, независимые процессорные ядра (от нескольких десятков ядер до тысяч и более). Многоядерные процессоры широко используются во встраиваемых компьютерах и высокопроизводительных вычислениях .

Контраст с многоядерной архитектурой

Многоядерные процессоры отличаются от многоядерных процессоров тем, что они изначально оптимизированы для более высокой степени явного параллелизма и для более высокой пропускной способности (или более низкого энергопотребления) за счет задержки и более низкой производительности одного потока .

Более широкая категория многоядерных процессоров , напротив, обычно предназначена для эффективного выполнения как параллельного , так и последовательного кода, и поэтому больше внимания уделяется высокой производительности одного потока (например, выделяя больше кремния для внеочередного выполнения , более глубокие конвейеры , больше суперскалярных исполнительных блоков и более крупные, более общие кэши) и общей памяти . Эти методы выделяют ресурсы времени выполнения для выяснения неявного параллелизма в одном потоке. Они используются в системах, где они непрерывно развивались (с обратной совместимостью) от одноядерных процессоров. Они обычно имеют «несколько» ядер (например, 2, 4, 8) и могут быть дополнены многоядерным ускорителем (таким как GPU ) в гетерогенной системе .

Мотивация

Когерентность кэша — это проблема, ограничивающая масштабирование многоядерных процессоров. Многоядерные процессоры могут обойти это с помощью таких методов, как передача сообщений , ^[1] память scratchpad , DMA , ^[2] секционированное глобальное адресное пространство , ^[3] или кэши только для чтения/некогерентные кэши. Многоядерный процессор, использующий сеть на кристалле и локальную память, дает программному обеспечению возможность явно оптимизировать пространственную компоновку задач (например, как показано в инструментах, разработанных для TrueNorth ). ^[4]

Многоядерные процессоры могут иметь больше общего (концептуально) с технологиями, возникшими в области высокопроизводительных вычислений, такими как кластеры и векторные процессоры . ^[5]

Графические процессоры можно считать разновидностью многоядерных процессоров, имеющих несколько шейдерных процессоров и подходящих только для высокопараллельного кода (высокая пропускная способность, но крайне низкая производительность одного потока).

Подходящие модели программирования

Интерфейс передачи сообщений
OpenCL ^[6] или другие API, поддерживающие вычислительные ядра
Разделенное глобальное адресное пространство
Модель актера
OpenMP ^[7]
Поток данных

Классы многоядерных систем

Графические процессоры , которые можно описать как многоядерные векторные процессоры.
Массивный параллельный процессорный массив
Асинхронный массив простых процессоров

Конкретные многоядерные архитектуры

ZettaScaler [1], японские вычислительные модули PEZY Computing на 2048 ядер
Сопроцессор Xeon Phi , имеющий архитектуру MIC ( Many Integrated Cores )
Тилера
Архитектура Adapteva Epiphany, многоядерный чип, использующий память PGAS scratchpad
Процессор Coherent Logix hx3100, 100-ядерный процессор DSP/GPP на базе архитектуры HyperX
Movidius Myriad 2 , многоядерный процессор обработки изображений (VPU)
Kalray — многоядерный ускоритель PCI-e для задач с интенсивным использованием данных
Teraflops Research Chip , многоядерный процессор, использующий передачу сообщений
TrueNorth , ускоритель искусственного интеллекта с многоядерной сетевой архитектурой на чипе
Зелёные массивы, многоядерный процессор, использующий передачу сообщений, предназначенный для приложений с низким энергопотреблением
Sunway SW26010 , 260-ядерный многоядерный процессор, используемый в суперкомпьютере Sunway TaihuLight, который тогда был лидером продаж
- SW52020 , улучшенный 520-ядерный ^[8]^[9] вариант SW26010 с 512-битным SIMD (также с поддержкой половинной точности), используемый в прототипе, предназначенный для экзафлопсной системы (и в будущем для 10-экзафлопсной системы), и, по слухам, в Китае уже есть две отдельные экзафлопсные системы в тайне ^{[ требуется ссылка ]}
Eyeriss , многоядерный процессор, разработанный для запуска сверточных нейронных сетей для встроенных приложений машинного зрения ^[10]
Graphcore , многоядерный ускоритель искусственного интеллекта

Конкретные многоядерные компьютеры с 1 млн+ ядер ЦП

Ряд компьютеров, построенных на основе многоядерных процессоров, имеют миллион или более отдельных ядер ЦП. Примеры включают:

Gyoukou ( яп . 暁光, Hepburn : gyōkō , рассветный свет) — суперкомпьютер , разработанный компаниями ExaScaler и PEZY Computing , с общим количеством процессорных элементов 20 480 000 и 1250 хост-процессорами Intel Xeon D.
SpiNNaker — многоядерный процессор с массовым параллелизмом (1 миллион ядер ЦП) (на базе ARM), созданный в рамках проекта «Человеческий мозг» .

Определенные компьютеры с 5 миллионами или более ядер ЦП

Довольно много суперкомпьютеров имеют более 5 миллионов ядер ЦП. Когда есть также сопроцессоры, например, используемые с графическими процессорами, и эти ядра не указаны в количестве ядер, тогда довольно много компьютеров достигли бы этих целей.

Граница
Fugaku — японский суперкомпьютер , использующий ядра Fujitsu A64FX на базе ARM, всего 7 630 848.
Sunway TaihuLight — китайский суперкомпьютер с массовым параллелизмом (10 миллионов ядер ЦП) , некогда один из самых быстрых суперкомпьютеров в мире, использующий многоядерную архитектуру. ^{[ требуется ссылка ]} По состоянию на ноябрь 2018 года это был третий по скорости суперкомпьютер в мире (согласно рейтингу TOP500 ), обеспечиваемый производительностью 40 960 многоядерных процессоров SW26010 , каждый из которых содержал 256 ядер.

Смотрите также

Ссылки

^ Мэттсон, Тим (январь 2010 г.). «Будущее многоядерных вычислений: история двух процессоров» (PDF) .
^ Хендри, Гилберт; Кречманн, Марк. «Клеточный процессор IBM» (PDF) .
^ Олофссон, Андреас; Нордстрём, Томас; Уль-Абдин, Зайн (2014). «Запуск высокопроизводительных энергоэффективных многоядерных архитектур с помощью Epiphany». arXiv : 1412.5538 [cs.AR].
^ Амир, Арнон (11 июня 2015 г.). "IBM SyNAPSE Deep Dive Часть 3". IBM Research. Архивировано из оригинала 21.12.2021.
^ "архитектура клетки".«Архитектура Cell не похожа ни на что, что мы когда-либо видели в массовых микропроцессорах, она по своей конструкции ближе к многопроцессорным векторным суперкомпьютерам»
^ Рик Мерритт (20 июня 2011 г.), «OEM-производители демонстрируют системы с микросхемами Intel MIC», www.eetimes.com , EE Times
^ Баркер, Дж.; Боуден, Дж. (2013). «Многоядерный параллелизм через OpenMP». OpenMP в эпоху маломощных устройств и ускорителей . IWOMP. Конспект лекций по информатике, том 8122. Springer. doi :10.1007/978-3-642-40698-0_4.
^ Морган, Тимоти Прикетт (2021-02-10). "Первый взгляд на китайский суперкомпьютер Sunway Exascale". Следующая платформа . Получено 2021-11-18 .
^ Хемсот, Николь (2021-04-19). "Китайский прототип суперкомпьютера Exascale испытывает рабочие нагрузки ИИ". Следующая платформа . Получено 2021-11-18 .
^ Чен, Ю-Синь; Кришна, Тушар; Эмер, Джоэл; Сзе, Вивьен (2016). «Eyeriss: энергоэффективный реконфигурируемый ускоритель для глубоких сверточных нейронных сетей». Международная конференция IEEE по твердотельным схемам, ISSCC 2016, Сборник технических статей . стр. 262–263.

Внешние ссылки

Архитектурные решения для будущего Manycore, опубликовано 19 февраля 2010 г. (более одной неработающей ссылки на слайде)
Архитектура Айрисса

[1] Мэттсон, Тим (январь 2010 г.). «Будущее многоядерных вычислений: история двух процессоров» (PDF) .

[2] Хендри, Гилберт; Кречманн, Марк. «Клеточный процессор IBM» (PDF) .

[3] Олофссон, Андреас; Нордстрём, Томас; Уль-Абдин, Зайн (2014). «Запуск высокопроизводительных энергоэффективных многоядерных архитектур с помощью Epiphany». arXiv : 1412.5538 [cs.AR].

[4] Амир, Арнон (11 июня 2015 г.). "IBM SyNAPSE Deep Dive Часть 3". IBM Research. Архивировано из оригинала 21.12.2021.

[5] "архитектура клетки".«Архитектура Cell не похожа ни на что, что мы когда-либо видели в массовых микропроцессорах, она по своей конструкции ближе к многопроцессорным векторным суперкомпьютерам»

[6] Рик Мерритт (20 июня 2011 г.), «OEM-производители демонстрируют системы с микросхемами Intel MIC», www.eetimes.com , EE Times

[7] Баркер, Дж.; Боуден, Дж. (2013). «Многоядерный параллелизм через OpenMP». OpenMP в эпоху маломощных устройств и ускорителей . IWOMP. Конспект лекций по информатике, том 8122. Springer. doi :10.1007/978-3-642-40698-0_4.

[8] Морган, Тимоти Прикетт (2021-02-10). "Первый взгляд на китайский суперкомпьютер Sunway Exascale". Следующая платформа . Получено 2021-11-18 .

[9] Хемсот, Николь (2021-04-19). "Китайский прототип суперкомпьютера Exascale испытывает рабочие нагрузки ИИ". Следующая платформа . Получено 2021-11-18 .

[10] Чен, Ю-Синь; Кришна, Тушар; Эмер, Джоэл; Сзе, Вивьен (2016). «Eyeriss: энергоэффективный реконфигурируемый ускоритель для глубоких сверточных нейронных сетей». Международная конференция IEEE по твердотельным схемам, ISSCC 2016, Сборник технических статей . стр. 262–263.