HSA標準問世 CPU/GPU協同處理效能激增

作者: 黃耀瑋
2013 年 05 月 27 日

異質系統架構(HSA)第一項標準可望在今年內發布。HSA基金會創始會員之一的超微(AMD)日前透露,該會將於今年底前公布首項晶片異質運算標準–HSA統一記憶體架構(hUMA),加速中央處理器(CPU)和繪圖處理器(GPU)內部快取(Cache)共用記憶體的設計架構成形,讓兩大異質晶片的協同運作能更加順暢,進而提升系統效能。



超微軟體與架構運算方案總監楚含進指出,hUMA係SoC設計的重大技術突破,將使晶片運算效能激增。



超微大中華區遊戲、軟體暨異質運算技術總監楚含進表示,行動運算裝置處理器正面臨平行處理效率不佳、異質核心資料互傳緩慢、繪圖運算負荷及整體功耗大增等諸多瓶頸;而一味擴充CPU、GPU核心數量的傳統方式,提升效能的成效卻相對有限,促使晶片商轉而從處理器系統設計層級的角度,思考CPU與GPU異質核心協同運算的可行性,以優化晶片工作效率。


因此,超微、安謀國際(ARM)、Imagination、高通(Qualcomm)、三星(Samsung)和聯發科等行動運算裝置晶片開發商,遂於2012年成立HSA基金會,並各自貢獻旗下的矽智財(IP)技術,以非營利運作模式推廣HSA相關標準及參考設計。經過1年醞釀,該會終於揭露重大進展,將在今年底前發布hUMA規範,協助所有IC設計業者打通CPU、GPU記憶體存取管道。


楚含進強調,以往應用處理器中,CPU、GPU可透過製程演進、增加核心的方式各自提升效能;但因兩者基於不同指令運作,要互傳資訊須複製資料再經PCIe介面傳輸,除影響設計複雜度外,處理器每瓦效能改善幅度也有所局限。如今透過hUMA的虛擬共存架構,以及超微專利高速匯流排(Bus)技術,將可串連CPU、GPU內部快取與系統主記憶體,動態分配存取空間,並因應不同工作任務迅速切換核心,大幅增進運算效益。


不過,楚含進也提到,hUMA革新記憶體存取架構,勢將牽動記憶體頻寬、控制IC規格轉變,因此HSA基金會將由主要會員定出細部規範,透過記憶體控制IC統一管控SoC中各個核心的資料存取要求。同時,該會亦已開始研擬下一代hUMA標準,將朝CPU、GPU採用相同快取的方向努力,持續簡化處理器電路布局。


2014~2015年,HSA基金會更將發展CPU/GPU切換軟體、SoC可編程方案和高階HSA程式語言等新技術,循序漸進補足HSA各個層面的規範。


楚含進認為,處理器設計議題已從同質性的多核心運算,延伸至異質核心協同運作架構,為供應鏈業者帶來新的技術挑戰;由於超微率先發展整合CPU、GPU的加速處理器(APU),因此對更高層級的HSA設計掌控度較佳,無論在標準支援及軟體程式語言方面均已提早做好準備,下一代APU將全面導入HSA架構,打造首批HSA商用產品。

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