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APU
閱讀�20914時間�2010-12-23 10:24:59

  APU,即“Accelerated Processing Units”以為加速處理單�,或加速處理器。APU是融聚了CPU中央處理�)與GPU(圖形處理器)功能的�(chǎn)�,將電腦上兩個最重要的處理器融合,能夠相互補(bǔ)�,發(fā)揮性能。APU的特性在于給用戶帶來更好的性價比,卓越�1080P高清視頻播放體驗(yàn)和更具創(chuàng)新的小尺寸設(shè)�(jì)�

�(fā)展簡�

  2006 �11月,Nvidia推出GeForce 8800 GPU�2007�5月,AMD�(fā)布了Radeon HD 2000系列GPU�(chǎn)�。這兩款產(chǎn)品都采用了統(tǒng)一渲染�(jié)�(gòu),使GPU的運(yùn)算單元變得通用�

  2009�1月AMD展出了筆記本電腦平臺“Yucon”。Yukon把微處理器和圖形處理器集成在一個芯片中,充分利用了圖形處理器的�(yùn)算功��

  2009年下半年英特爾宣布,其Westmere將CPU�(nèi)核芯片與存儲器控制器電路及繪圖處理電路芯片封裝在了一��

  AMD公司2009�10月公布新一代支持微� DirectX 11圖像�(biāo)�(zhǔn)的圖形處理器GPU�

  AMD宣布其首款集成CPU和GPU的加速處理器APU將于2011年問��

  2009�12月英特爾宣布,其集成GPU和CPU的Larrrabee處理器將推遲�2011年發(fā)��

�(jié)�(gòu)性能

  目前上市的APU�(shù)量很�,以AMD推出的APU“AMD Fusion”為例:AMD Fusion是AMD與ATi合并后推出的一�(xiàng)新產(chǎn)品的�(chǎn)品代�,它�(jié)合了�(xiàn)時的處理器和繪圖核心,在處理器�(jìn)行圖像和三維�3D)運(yùn)�。AMD Fusion的硅芯片上有兩個獨(dú)立的核心,一個負(fù)�(zé)處理器,另一個負(fù)�(zé)繪圖核心,兩個核心而不是融合在一起。處理器有自己獨(dú)立的緩沖存儲�,繪圖核心部分同樣如�。兩個核心會通過CrossBar互相連接。此�,F(xiàn)usion亦會集成存儲器控制器。Fusion中的各個組件之間使用HyperTransport連接,使各個組件連接成一個整�。處理器和繪圖核心可以直接訪問存儲器,但繪圖核心沒有�(dú)立的顯示存儲�。南橋不會集成在Fusion芯片��

  此技�(shù)亦可使筆記本電腦更節(jié)省電�。例如一部筆記本電腦配置了Fusion處理器和�(dú)立顯�。當(dāng)流動使用�,獨(dú)立顯示卡會被�(guān)�,只使用Fusion處理器內(nèi)的顯示核心,以節(jié)省電�。當(dāng)接駁了外置式電源�,獨(dú)立顯示卡會被打開,提供更�(qiáng)大的顯示性能�

  縱使處理器和繪圖核心二合為一,但�(dú)立顯示卡不會就此中止,因?yàn)楦叨擞脩艉臀锢碛?jì)算仍然依賴獨(dú)立顯示卡的強(qiáng)大運(yùn)算性能�

�(yōu)�

  CPU和GPU各有所�。一般而言,CPU擅長處理不規(guī)則數(shù)�(jù)�(jié)�(gòu)和不可預(yù)測的存取模式,以及遞歸算�、分支密集型代碼和單線程程序。這類程序任務(wù)擁有�(fù)雜的指令�(diào)度、循�(huán)、分�、邏輯判斷以及執(zhí)行等步驟。例�,操作系�(tǒng)、文字處理、交互性應(yīng)用的除錯、通用�(jì)�、系�(tǒng)控制和虛擬化技�(shù)等系�(tǒng)軟件和通用�(yīng)用程序等等。而GPU擅于處理�(guī)則數(shù)�(jù)�(jié)�(gòu)和可�(yù)測存取模�。例如,光影處理�3D 坐標(biāo)變換、油氣勘�、金融分析、醫(yī)療成�、有限元、基因分析和地理信息系統(tǒng)以及科學(xué)�(jì)算等方面的應(yīng)��

  盡管在不少方面GPU表現(xiàn)�(yōu)異,但在一段時間內(nèi),還會維持CPU與GPU各自�(fā)展的�(tài)勢,它們可以繼�(xù)在各自擅長的�(lǐng)域發(fā)揮作�,而未來的演�(jìn)方向是相互取長補(bǔ)�,走向融�。從CPU角度來講,為了提高處理能�,以前是多線�,目前是多核,將來的�(fā)展方向是眾核。CPU正向不斷增加吞吐量和提高能效性的方向�(fā)�;而從GPU角度來講,其可編程性能本來是在芯片�(nèi)部固化的程序,然后發(fā)展到局部可編程, 是完全可編程。也就是�,GPU是在提高所處理的吞吐量的同�,向通用處理的方向發(fā)��

  今后,CPU+GPU的異�(gòu)�(jì)算結(jié)�(gòu)將引�(lǐng)處理器的�(fā)展方�,這也成為下一代超級計(jì)算的�(fā)展方�。目前設(shè)�(jì)GPU+CPU架構(gòu)平臺的指�(dǎo)思想是:讓CPU的更多資源用于緩�,GPU的更多資源用于數(shù)�(jù)�(jì)算。把兩者放在一�,不但可以減小在傳輸帶寬上的花銷,還可以讓CPU和GPU這兩個PC中運(yùn)算速度最快的部件互為幫襯。其原因是,CPU中的�(yùn)算器通常只有幾個ALU,而GPU中的ALU則比CPU的數(shù)目多很多。另�,CPU中高速緩存相對比較多,而GPU中的高速緩存則比CPU少很�。必要的時�,CPU可以幫助GPU分擔(dān)一部分軟件渲染工作,另一方面GPU可以使用主流編程語言來處理通用�(jì)算問題。這就相當(dāng)于CPU多了一個強(qiáng)大的浮點(diǎn)�(yùn)算部�,而GPU多了一個像素處理單��

GPU向改�(jìn)的思�

  用GPU處理 非圖形運(yùn)�

  多核處理器早已成為業(yè)界的主流。但��4核的同構(gòu)處理器并不一定能�(fā)�4倍的性能。以目前Intel功能最�(qiáng)的Core i7處理器為例,其結(jié)�(gòu)方面相比上代Core 2 Quad�(fā)生了天翻地覆的變化:引入三級緩存、高速Q(mào)PI總線、三通道DDR3�(nèi)存控制器、超線程技�(shù)和諸多內(nèi)核及指令集優(yōu)化等; 然而測試表�,這些技�(shù)共同作用的結(jié)果是:同頻率下i7 965的綜合性能比上代QX9770僅提升約20%,很難再有單核Pentium D到雙核Core 2 Duo那種飛躍式提�。另�,將AMD的Phenom II處理器與Phenom處理器相比,其性能的提升主要緣�45nm工藝帶來的高頻率,其中核心結(jié)�(gòu)�(yōu)化的貢獻(xiàn)僅占5%�

  不久前美國Sandia國家�(shí)�(yàn)室的一�(xiàng)模擬測試�(jié)果表�:對于超級�(jì)算機(jī)而言,由于受存儲�(jī)制和�(nèi)存帶寬的制約�8核之后的16��32核以至于64核通用處理器可能會引起效率的大幅度下降。這說�,多核處理器核的�(shù)目并不能無限制地增加。另�,有消息�,美國Sun公司未能如期開發(fā)�16核處理器,除受并購因素影響外,也有這方面的原因�

  在這種情況�,圖形處理器GPU異軍突起。過去在處理圖形渲染�,根�(jù)表達(dá)三維空間的三角形�(shù)量或在三角形著色時紋理清晰度的不同,各級處理的負(fù)載將會發(fā)生變�。在傳統(tǒng)�(jié)�(gòu)�,由于各級處理的�(yùn)算單元數(shù)量是事先決定的,因此,在�(fù)載發(fā)生變化的情況下,固定的運(yùn)算單元數(shù)量會成為阻礙系統(tǒng)整體處理能力提高的瓶��

  近年來,研究人員對圖形指令結(jié)�(gòu)�(jìn)行了深入研究。它們發(fā)�(xiàn)�(biāo)量數(shù)�(jù)流所占比例正在逐年提升,如果還是堅(jiān)持SIMD(單指令多�(shù)�(jù)�)的設(shè)�(jì)會讓效率下降。早期的GPU,針對圖形處理的�(guān)鍵計(jì)算將處理單元分為頂點(diǎn)著色�、光柵化引擎、紋理貼圖單元等不同部分,分別完成不同的�(jì)算任�(wù)。而新一代GPU推出了統(tǒng)一渲染�(jié)�(gòu),統(tǒng)一的計(jì)算單元取代了上述的不同單�。這種�(jié)�(gòu)集成了多個支持頂�(diǎn)坐標(biāo)�(jì)算及三角形著色等多級處理的運(yùn)算單�,各�(yùn)算單元的任務(wù)可以根據(jù)各級處理的負(fù)載�(jìn)行調(diào)整。該�(tǒng)一的計(jì)算單元被稱為�(tǒng)一�(biāo)量著色器,也被稱做流處理器。每個流處理器只完成一維標(biāo)量的操作�

  為此,研究人員對 GPU做出變革:流處理器不再針對矢量設(shè)�(jì),而是改成�(biāo)量ALU(算�(shù)邏輯�(yùn)算器)單�。也就是�,把GPU的Shader(著色�)單元�(nèi)部的�(yùn)算器ALU完全拆散,設(shè)�(jì)成為各自�(dú)立的流處理器,并分配相應(yīng)的指令發(fā)射端和控制單�。這樣的結(jié)�(gòu)在面對任何形式的指令(包括組合指令)時,都能保證的執(zhí)行效�。即這種�(jié)�(gòu)不僅擁有很強(qiáng)的圖形處理能�,而且能夠處理非圖形運(yùn)算指令�

  新結(jié)�(gòu)的出�(xiàn)帶動了在以浮�(diǎn)�(yùn)算為中心的通用處理中使用GPU的研�。理論上來講,只要是浮點(diǎn)�(yùn)算指令都可以交給GPU來處�。為了把GPU改造成為真正的通用處理�,研究人員在大規(guī)模擴(kuò)充流處理器數(shù)量的同時,也對內(nèi)核結(jié)�(gòu)�(jìn)行了�(yōu)化與改�(jìn),使其更適合�(jìn)行超大規(guī)模的并行�(shù)�(jù)處理�

  GPU不斷�(jìn)�

  2006 �11�,Nvidia公司推出基于G80�(jié)�(gòu)的GeForce 8800 GPU。接著,2007�5�,AMD公司�(fā)布了Radeon HD 2000系列GPU�(chǎn)�。這兩款產(chǎn)品都采用了統(tǒng)一渲染�(jié)�(gòu)。這種�(jié)�(gòu)使GPU的運(yùn)算單元變得通用,并可以根據(jù)圖形渲染處理的負(fù)�,靈活地改變�(yùn)算單元的任務(wù)�

  在傳�(tǒng)�(jié)�(gòu)�,由于各級處理的�(yùn)算單元數(shù)量是事先決定�,因�,在�(fù)載發(fā)生變化的情況下,固定的運(yùn)算單元數(shù)目會成為阻礙系統(tǒng)整體處理能力提高的瓶�。統(tǒng)一渲染�(jié)�(gòu)的出�(xiàn)使得在以浮點(diǎn)�(yùn)算為中心的通用處理中也可以使用GPU。采用這種�(jié)�(gòu)�,GPU�(yùn)算單元可在每次處理時讀入指令和�(shù)�(jù),使其通用性得到了提高。因而,可以說GPU提高了計(jì)算機(jī)的浮�(diǎn)�(yùn)算指令的�(zhí)行速度�

  2008年美國克萊公司推出企�(yè)級電腦CX1,使用了Tesla C1060主板。由于該主板有圖形處理器GPU,因而顯著地提高了CX1超級電腦的運(yùn)行速度。源于此,GPU也被稱為“電腦加速器�。對于浮�(diǎn)�(yùn)�,GPU使用專門的運(yùn)算器,能夠高速地�(jìn)行并行處理,從而提高計(jì)算速度。以日本東京工業(yè)大學(xué)為例�2008�10�,它們采�170個C1070處理器后,將其超級電腦T SUBAME的系�(tǒng)綜合�(yùn)行速度從每�67兆次提高至每�77兆次。正�?yàn)槿绱?,有人將GPU處理器稱為加速處理器�

  不過� GPU目前面對的問題是,只能讀取它專用的存儲器,不能讀取電腦主存儲�。GPU處理器將需要的�(shù)�(jù)�(fù)制到供GPU使用的存儲器�,并�(diào)用在GPU中執(zhí)行的函數(shù);此�,GPU根據(jù)處理器的指令對互相獨(dú)立的�(shù)�(jù)使用多個內(nèi)核�(jìn)行并行處�; ,處理器會從GPU所使用的存儲器中獲得處理結(jié)�。正�?yàn)�?,在某些情況下,GPU不能充分�(fā)揮其浮點(diǎn)�(yùn)算速度極快的優(yōu)�(diǎn)�

  如上所�,現(xiàn)在的GPU可以�(rèn)為是一個多功能的并行計(jì)算處理器。有專家�(yù)�(jì),至2010年末世界上大部分的PC�(jī)將采用GPU�(jìn)行計(jì)算�

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