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控制技術/MCU  

迎接多核心時代 英特爾/微軟展示軟體成果

上網時間: 2008年08月29日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:平行運算  多核心處理器  編程 

為了替未來的多核心處理器建構新一代的平行編程模型(parallel programming model),英特爾(Intel)和微軟(Microsoft)正在漫長的道路上緩步前行;兩家公司並於日前在美國舊金山舉行的英特爾科技論壇(IDF)上各自發表了相關技術進展。

微軟為系統軟體堆疊添加了新的層,並為其.Net整合環境進行了一些擴展。英特爾則計劃對x86指令集進行擴展,並展示了在Ct上的進度;Ct是C++設計語言的擴展版本,旨在提供更好的平行化運算。

從用於運算開始,軟體的發展便憑藉著摩爾定律(Moore’s Law)關於串列處理器的發展,而不斷提高其性能水準。然而,隨著微處理器上的功率洩漏問題日亦嚴重,迫使相關技術朝多核心方向轉移。去年年底發起的微軟平行運算計劃(Parallel Computing Initiative)的主持人David Callahan表示,這意味著向平行運算模型的歷史性過渡。

微軟與英特爾並支持各種學術性研究,來推動這方面的發展。在IDF上,學者們與企業界內部團隊也分享了一些進展情況。為了再更加把勁,微軟還希望使用平行運算的轉變,推動電腦介面的發展。

在展開這些工作之前,底層軟體(underlying software)需要整體調整;Callahan表示,未來的系統軟體將會分成更多層,形成更多的單獨元素(elements),包括在應用程式庫和虛擬機管理軟體(hypervisors)之間定義用戶空間的新執行環境,以及關鍵作業系統核心(kernel)。

執行環境將作為調度器(schedulers),與進程管理程式及作業系統之間協調工作。擬機管理軟體映射(map)著實體資源,而作業系統對實際硬體的存取進行管理。Callahan表示:「這是一個對傳統作業系統服務的重新分解(re-factoring)。」

這些技術演進之目的,是為了更有效掌控多核心環境下的競合要求(competing requests)。即使是現今的PC也主管了“可怕數目”的平行進程,於是形成了時序處理的瓶頸以及數據儲存的遺失。

微軟會把其執行層(runtime layer)公佈給第三方合作夥伴,其中包括英特爾;因為微軟預計未來將需要來自不同供應商、互通的作業軟體抽象(software abstractions),以支援不同型態的作業系統。未來的軟體還需要在幾個方面進行改善,包括合作調度(cooperative scheduling)、更好的執行緒級性能,以及增強的訊息傳遞。

Callahan稱:「這將是一系列深遠的改變,甚至需要重新建構程式庫文件並重新編寫應用程式。」RapidMind 首席科學家Michael McCool則表示,「這是一個雄心勃勃的轉變,也是他們(微軟與英特爾)的首要目標。」該公司從事於為x86和其他處理器提供平行編程工具。

McCool還補充:「最初,他們已經完成了一些顯著的支援平行任務的工作,但我沒有看到在對資料抽象方面上的任何努力。」他指出,未來平行編程模型要新的目錄來對資料排序,因此資料可以在合適的時候匯集到緩衝記憶體中的合適位置。

他還指出,英特爾最新的高速處理器互連明顯減少了等待時間,但如果錯誤資料出現在緩衝記憶體中,等待時間又會顯著增加。

新的工具和新的設計語言

在編程工具方面,Callahan則表示,微軟正對其基於C#3.0語言的.Net環境進行擴展。英特爾稱其將在11月份發表四個新的平行編程工具的測試版本。

Callahan表示,程式設計師們將需要一整套新的工具組來實現除錯、最佳化以及驗證其編寫的平行程式碼。除錯工作將從單步執行模式(single-step)變為虛擬工具,來獲取上千次同步任務時所反映出的趨勢。

在設計語言方面,英特爾談論到Ct,即C++用於多核心處理器的擴展版本。該語言目標是自動為多個核心劃分處理任務,而不需要程式員了解x86架構的深層細節。

從英特爾企業應用技術部門工程師Anwar Ghuloum展示的數據看,使用該語言在四核心系統上執行同樣的程式碼可以加速1.7至3.7倍。Ct最初的目標是用於英特爾通用Nehalem四核心晶片組,但目前已經升級在16核心Larrabee繪圖處理器原型上執行。

McCool 表示:「RapidMind和Ct都指向平行運算這一方向,但我們更關注長遠而成熟的商業應用;而目前Ct仍然只是一項正在研究中的API。」

英特爾還討論了其先進向量擴展(AVX),作為取代目前在英特爾處理器上使用的串流式SIMD擴展版(SSE)指令集擴展。

AVX被認為將為平行運算提供比SSE更優越的環境,提升浮點性能並增加了更廣泛的單指令和多數據(SIMD)單元。不過,AVX得到英特爾SandyBridge處理器問世後才會全面實現,SandyBridge是一款32奈米處理器,預計2010年推出,是繼目前Nehalem型CPU兩代後的產品。

另外,英特爾透露了Nehalem處理器性能得以最佳化的新功能,這些功能是其他一些CPU核心中沒有採用的。這個功能可以在一些核心閒置時自動關閉它們,因而為其他仍在執行的核心提供更多可用的晶片級電源。

該技術涉及到新一代具高阻抗的電晶體設計,因而減少了來自已經關閉的核心的洩漏電流,同時在處理器上還使用了百萬閘電晶體控制器和感測器。負責Nehalem電源管理設計的英特爾院士Rajesh Kumar表示:「你能控制的電源越多,實現的性能越佳。」

英特爾競爭對手AMD已經有能力在其處理器上透過獨立的電源層來獨立執行各個核心。但之前英特爾表示,這樣的功能並不能顯著節省電源。

(參考原文: Intel, Microsoft describe parallel progress,by Rick Merritt)





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