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7大芯片商成立ARM、x86、Power服务器运算联盟

近日,7家大型芯片供货商宣布将联手针对服务器加速器成立横跨ARM、x86与Power架构的运算联盟……

7家芯片供货商近日宣布将联手针对服务器加速器(server accelerators)联手定义缓存一致性互连架构(cache-coherent interconnect),在云端运算应用领域提供英特尔(Intel)、Nvidia以外的替代方案。此举是横跨ARM、x86与Power架构处理器的服务器硬件架构合作。

上述7家芯片厂商包括AMD、ARM、华为(Huawei)、IBM、Mellanox、高通(Qualcomm)与赛灵思(Xilinx),将联手为定义服务器加速器缓存一致性互连(Cache Coherent Interconnect for Accelerators,CCIX)规格;该联盟预计在今年底公布规格草案,但到目前为止并未公布任何关于此合作案的技术或财务细节。

英特尔在去年以167亿美元收购了可程序化逻辑组件供货商Altera,有部分原因就是为了使用后者的FPGA做为Xeon服务器处理器的加速器;英特尔已经开始推出在单一封装中整合Altera之FPGA与其Xeon处理器的产品。至于其他处理器供货商则是分别与赛灵思接洽,试图为其芯片建立缓存一致性连结;于是Xilinx提出了定义适用所有处理器之单一连结的想法。

从去年开始,以加速器芯片来提高处理器性能的需求如野火般延烧整个运算产业,大部分来自于各家网络巨擘开始在众多新兴应用领域如语音识别、影像识别以及上下文搜寻等,采用新一代的机器学习算法。

Google在甫落幕的年度Google I/O大会上也宣布已经自行开发加速器芯片,称为张量处理单元(tensor processing unit,TPU);应用于相对速度较低且非一致性快取的PCI Express总线。目前TPU已经应用于Google的数据中心处理各种任务,被视为该公司云端服务的差异化特色之一。

微软(Microsoft)与百度(Baidu)也已经在数据中心使用FPGA,加速从搜索引擎到网络安全性等不断增加的任务处理速度;他们通常是在PCIe板卡上使用FPGA。而Nvidia今年稍早发表首款采用缓存一致性链接接口NVLink的绘图处理器Pascal;该接口用以链接Nvidia的GPU以及采用IBM Power架构的处理器。

今年稍早,Facebook发表了以GPU为基础、应用于人工智能任务的服务器设计;而Google的一位顶尖工程师则于不久前透露,该公司在数据中心采用越来越多数量的GPU。

除了机器学习,上述的CCIX组织成员表示,将开发的接口会有助于加速器进驻包括大数据分析、网络处理等应用;特定功能加速器在协助通用处理器方面所扮演的角色重要性越来越显着,因为后者若要赶上摩尔定律的步伐(Moore’s law),成本变得越来越高昂。CCIX标准可望应用于广泛的加速器与服务器处理器,但合作成员都尚未透露具体计划。

赛灵思表示该规格将应用于16纳米制程FPGA,但未提及产品何时上市;Mellanox则可能会在高端网络控制器以及收购自EZChip的网络处理器都采用该规格。而IBM在今年稍早展示的、预计2017年问世之Power 9处理器电路图,其中的缓存一致性接口应该就是CCIX。

高通与华为可能会在开发中的ARM架构服务器单芯片采用新接口;AMD则应该会在未来的ARM架构与x86架构服务器处理器、还有Radeon绘图处理器都采用CCIX,不过到目前为止AMD并未像是竞争对手Nvidia那样着重GPU加速器的市场。

CCIX会是开放性FPGA应用程序编程接口的补充

CCIX组织尚未决定其接口规格将会采用免费授权模式,或是将之交由经认证的标准机构来经营;此外该组织也尚未透露任何关于接口带宽、数据传输速率或延迟等方面的技术目标,仅表示相关参数至少都能与目前的其他替代方案媲美。

“我们将能与所有现存替代技术竞争,在某些应用案例中甚至表现可以更好;”赛灵思架构副总裁Gaurav Singh表示:“我们将有单一个跨越x86、Power与ARM架构的一致性协议──这是以往从未有过的。”

网络巨擘如Google正准备探询由英特尔x86架构转移至例如ARM或是Power架构的可能性;今年稍早,一位微软工程师表示,数据中心日益庞大的工作负载将迫使运算架构重新设计,而有一部分焦点将集中在新种类的加速器。

最近开放源码软件开发商Red Hat正在主导重整针对包括FPGA在内之服务器加速器软件编程接口的支持,对此Singh表示:“CCIX将与其行动互补;”他进一步指出:“CCIX 不会定义应用程序编程接口(API),那个部分将会由软件业者来主导。CCIX会需要一些平台软件方面的改变来支持,但我们不预期会动到操作系统。”

“我们将因为拥有选择性而获益,有像是CCIX这样的替代方案对产业界是好事;”Red Hat负责上述针对加速器之开放性编程接口的Jon Masters表示,CCIX提供了产业界需要的一些功能;是在英特尔的QPI以及IBM的CAPI (Coherent Accelerator Processor Interface)以外,另一个很不错的替代技术。他指出在软件部分,目标是定义使用加速器的开放性软件接口,因此无论底层互连技术是QPI、PCI Express、CAPI或CCIX等等,都有免驱动程序的编程环境。

CCIX成员有大量现有技术可利用,例如ARM有一套 一致性SoC互连,AMD主导的异质系统架构基金会(Heterogeneous Systems Architecture Foundation)为手机处理器的CPU、GPU开发了缓存一致性连结;此外IBM已经在Power架构芯片中使用一致性加速器处理器接口(即 CAPI)。

市场研究机构Moor Insights and Strategy的资深分析师Karl Freund认为,如果CCIX能顺利推广,潜在好处将会非常庞大;不过他预期最终成果可能要到2019年甚至2020年才会看到,因为该链接接口得等到IBM的Power 9、AMD的Zen以及ARM的新一代处理器核心问世之后才会现身。

而Freund也表示,推动CCIX的七家大厂还少了一家──Nvidia的缺席会在它们进入运算加速以及围绕其软件建立了有价值的生态系统时成为问题。

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Rick Merritt
EE Times硅谷采访中心主任。Rick的工作地点位于圣何塞,他为EE Times撰写有关电子行业和工程专业的新闻和分析。 他关注Android,物联网,无线/网络和医疗设计行业。 他于1992年加入EE Times,担任香港记者,并担任EE Times和OEM Magazine的主编。
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