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控制技術/MCU  

Nvidia發表10TFLOPS高性能繪圖處理器原型

上網時間: 2011年02月08日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:Echelon  繪圖晶片  超級電腦  串流多處理器 

作者:麥利

Nvidia公司的首席科學家在2010年超級運算大會(Supercomputing 2010)上為與會者揭示了一款可為每秒百萬兆次(exascale)超級電腦提供強大支援的未來繪圖晶片──Echelon。在一項由美國國防部(DoD)資助的開發計劃下,Nvidia公司正與其它來自三家公司的團隊共同競爭,期望在2018年以前打造出一款這樣的高性能運算系統。

Nvidia所謂的‘Echelon’系統目前還只是一個經模擬驗證的紙上設計,所以它在實際打造出來之前還可能會有大幅度的變化。該晶片的設計元素最終也將可能出現在該公司從手持到超級電腦繪圖產品的所有產品組合中。

帶領這一Echelon計劃的Nvidia首席科學家Bill Dally說:“如果你能在某一規模上真正做好一項運算任務,那麼在另一規模時也一樣能做好。”他接著表示,“Nvidia著重的是所有產品的每瓦性能,因此,我們正開始重新利用從Tegra到Tesla晶片的所有產品設計。”

Dally描述了一種只耗用10皮焦耳(picojoule)功率即可處理浮點作業的繪圖核心,其功耗遠低於Nvidia現有Fermi 晶片所耗用的200皮焦耳。此外,在單一串流多處理器(streaming multiprocessor;SM)中可封裝8顆核心,128個串流多處理器可被封裝於單一晶片中。

其結果將是一顆具有數千核心的繪圖晶片,每個核心時脈週期都能處理四個雙精度浮點運算──相當於一顆晶片實現10萬億次浮點運算性能。Dally表示,一顆具有8核心的晶片也將被用於手持設備中。

Echelon晶片封裝的核心數僅有Nvidia現有高階GPU的兩倍。然而,目前的核心每週期只能處理一個雙精度浮點運算,而Echelon晶片則可處理達4個雙精度浮點作業。

晶片中的眾多進展來自於其所使用的記憶體。Echelon晶片將採用256MB SRAM記憶體,因而能進行動態配置,以滿足其應用需求。

例如,該SRAM可被分割成多達六個快取層級,每一層級的大小可加以變化。在最低層級中,每顆核心都擁有各自的快取空間。

其目的在於讓數據能盡量接近處理單元,以減少在晶片間移動數據的必要,並避免浪費能源。因此,串流多處理器中存在一個處理器暫存器層級,可搭配於快取層中的位置。此外,該晶片將採用一種廣播機制,使一項任務的結果能被需要這些資料的任何節點共享。

為了減輕編程作業,該設計的快取與繪圖處理器核心或傳統處理器核心一致。事實上,尋找為多核心處理器進行編程的方式是當今電腦科學家面臨的主要挑戰之一。

“我們將會看到編程模式產生劇烈的轉變,”Dally說,“在高性能運算領域,我們從量化的Fortran走到了MPI,而今我們需要一種可用於未來十年的全新編程模式。”

“我們認為它應該是Nvidia CUDA技術的創新演變,”Dally說,“但有的CUDA採用像OpenCL、OpenMP和微軟DirectCompute的途徑,或是採用一種全新的語言。”

所有的語言其實都使用了類似的組成。例如,開發人員們試圖整合其語義,以支援先進記憶共享機制。

Nvidia的Echelon系統還將與來自英特爾(Intel),麻省理工學院(MIT)和Sandia國家實驗室(Sandia National Labs)的研發團隊相互競爭,每支團隊都採取了不同的研發途徑,來打造具有強大效能的exascale級系統。

Ubiquitous High Performance Computing計劃是由美國國防部先進研究計劃署(DARPA)提供贊助。DARPA分配給這些研究團隊的任務是必須在2014年以前建立一個可執行千萬億次浮點運算(petaflop)的系統原型,以用於能耗57kW機架式電腦原型。這種系統可望用來作為在2018年以前打造出exascale級系統的建構模組。


圖說:Nvidia的Echelon晶片在128個區塊中封裝了1,000顆核心。





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