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全球第一颗1000核芯片问世,它的市场在哪?

美国加州大学学生设计出一款号称1000核的处理器,命名为KiloCore,据称是当今最节能的多核心处理器……

美国加州大学戴维斯分校(University of California-Davis)电机系学生设计出一款号称1000核心的处理器,其中包含6.21亿个晶体管,支持每秒1.78兆次指令的运算效能与终极传输速率。xO5esmc

这款1000核心的处理器名为“KiloCore”,据称是今最节能的多核心处理器。它在日前于夏威夷檀香山举办的“2016 年超大型积体技术暨电路研讨会”(Symposia on VLSI Technology & Circuits)上首度现身。xO5esmc

带领该芯片架构设计团队的该校电子与计算机工程系教授Bevan Baas表示:“据我们所知,它是世界上第一个1000核心的处理器芯片,具备最高速率的频率。”xO5esmc

根据Baas研究团队进行的分析指出,虽然业界持续开发出其他多核心处理器芯片,但没有一款超过300核心。这些高核心数的处理器芯片中多半都是为了研究用途而开发的,很少真正能商用化上市。但KiloCore芯片已实际进行制造与执行了——它采用了IBM 32-nm PD-SOI CMOS技术制造。xO5esmc

KilCore的基本架构是“多重指令/多重数据”(MIMD),每一个七阶管线核心都是通用单元,包含72个指令集以及单一指令/周期。研究团队表示,有别于GPU级芯片不同,KilCore没有一种指令集基于特定算法。xO5esmc

KilCore在1.1V下支持高达每秒1.78兆次指令的运算效能、1.78GHz的频率速度:在0.84V与1GHz时的功耗约13.1W,而在0.56V与115MHz时则可达到5.8 pJ/Op的峰值功率效率。xO5esmc

每个核心均能独立供电,而且可以在无须执行任务时断电以降低漏电。相较于快取的架构,每一个处理器都能在不同的位置分层中储存指令与数据,包括本地内存、一或多个邻近处理器、芯片上独立内存模块或外部内存等。xO5esmc

每个处理器都经由高通量电路交换网络、分组交换网络(芯片形式)进行通信。研究团队表示,采用像‘虫洞’(wormhole)的路径,使其从芯片上的协同处 理器提供运算的能量开销较低。也就是说,从相邻或附近核心而来的信息,将可透过‘电路’网络路由;而从更远的处理器矩阵而来的信息,则透过封包网络进行传送。xO5esmc

每个核心都有南北东西向的通信缓冲信道,以及用于主处理器通信的第五信道;在1.1V时的每路由器最大传输速率为45.5 Gbps,在1.1V时则可达9.1 Gbps的每端口传输速率。xO5esmc

在0.9V供电电压下,3.36mW的最大传输率为27.1Gbps;而在0.67电压时,429 µW的最大传输速率为8.1 Gbps。xO5esmc

KiloCore的1000核心处理器、1000封包路由器以及12个独立的内存,都经由本地振荡器进行频率控制,但无需使用PLL或改变频率,可在1-5个频率周期内暂停以及在不到1频率周期内重新启动,以降低功枆。该芯片尺寸约8mm2,搭载32排32颗处理器核心(共992颗核心),而剩下的8颗核心以及内存则置于最后一排。xO5esmc

采用多核心数组的一项挑战就是任务排程,以及保持所有的核心持续运转。研究团队打造出一款编程模型与编译程序,透过多步骤过程进行编程来分配所有的处理器任务。然而,为了利用现有的封装技术,研究人员在测试时仅用了中央的160颗核心,未来还必须进一步测试完整的芯片性能。xO5esmc

高一些核心数组工作的一个主要挑战是安排任务,并保持所有内核忙碌。该团队已经创建了一个编程模型和编译程序;他们说,编程是通过多步骤的过程,分配方案的处理器。然而,利用现有的包装,只有中央160内核在测试中被供电的,全芯片的性能数据被假定为推断。xO5esmc

每个处理器核心可以独立作业,相较于GPU等处理器所使用的谓“单指令多数据”(SIMD)途径,基本上可说是一种较更活的途径;其想构在于将应用划分成多个小单元,每一个应用单元都能在不同的处理器上平行处理,从而以较低能耗实现高吞吐量。Baas并补充说,KiloCore是最节能的多核心芯片。xO5esmc

例如,1000核心处理器每秒可执行1150亿条指令,而功耗仅0.7W,低至足以用一颗AA电池就能供电。相较于目前的笔记本电脑处理器,KiloCore芯片的效能更高100倍,且更具能效。xO5esmc

研究人员已经为该芯片开发出各种应用,包括无线编码/译码、处理、加密,以及其他有关大量平行资料运算的应用,例如科学数据应用以及数据中心记录处理。xO5esmc

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