異質(zhì)系統(tǒng)架構(gòu)(Heterogeneous Systems Architecture，HSA)基金會(huì)在對(duì)未來的處理器SoC 設(shè)計(jì)工程師與相關(guān)軟件非常重要的新技術(shù)領(lǐng)域取得了不錯(cuò)進(jìn)展，但該技術(shù)要取得成功恐怕還有一段很長(zhǎng)的路要走。

日前AMD宣布將在明年1月推出首款采用HSA技術(shù)的處理器;該架構(gòu)能讓中央處理器(CPU)與繪圖處理核心共享資源。AMD以Linux為基礎(chǔ)開發(fā)了支持新架構(gòu)的軟件，但到目前為止并未有其它支持HSA的處理器或操作系統(tǒng)計(jì)劃公布。

包括ARM、Imagination、聯(lián)發(fā)科(Mediatek)、高通(Qualcomm)與三星( Samsung)等移動(dòng)處理器大廠與核心供貨商，也都是HSA基金會(huì)的成員;在一場(chǎng)日前于美國(guó)舉行的AMD開發(fā)者大會(huì)上，一位來自Imagination 的高層表示，該公司總有一天會(huì)支持HSA架構(gòu)，但他并未透露相關(guān)產(chǎn)品的推出時(shí)間表。

ARM 首席技術(shù)官M(fèi)ike Muller的態(tài)度更為保守，他在會(huì)中表示：“HSA對(duì)中型系統(tǒng)來說很好，但我不確定它是否能適用最小型的系統(tǒng)，我也不認(rèn)為它能支持內(nèi)含上萬(wàn)顆處理器的高性能運(yùn)算。單一系統(tǒng)的架構(gòu)不會(huì)擴(kuò)展到整個(gè)應(yīng)用空間。”

蘋果(Apple)、Google與微軟(Microsoft)則對(duì)他們?cè)趇OS、Android與Chrome OS，還有Windows等操作系統(tǒng)對(duì)HSA的支持三緘其口;目前設(shè)計(jì)工程師雖然能撰寫驅(qū)動(dòng)程序以在Windows等操作系統(tǒng)支持該架構(gòu)，但并沒有更理想的解決方案。

而最與眾不同的是AMD的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手英特爾(Intel)與Nvidia，這兩家公司與蘋果都在移動(dòng)與臺(tái)式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持OpenCL;由Khronos Group開發(fā)的 OpenCL 規(guī)格是針對(duì)各種繪圖處理器(GPU)之平行編程任務(wù)所開發(fā)的較高層級(jí)應(yīng)用程序接口(API)。

OpenCL已經(jīng)存在好一段時(shí)間，但才剛開始加入一些HSA基金會(huì)正在定義的共享內(nèi)存功能。一位Khronos與Nvidia的代表就指出，HSA、OpenCL以及Nvidia專有的Cuda軟件環(huán)境，其實(shí)是朝平行路線發(fā)展，并提供越來越類似的功能。

Cuda是Nvidia在高性能運(yùn)算領(lǐng)域的一次成功出擊，曾進(jìn)駐全球前五百大超級(jí)計(jì)算機(jī);而由于很早就進(jìn)軍高性能運(yùn)算領(lǐng)域，市場(chǎng)上有越來越多采用Nvidia配備Cuda之GPU的系統(tǒng)。但這樣的情況也可能會(huì)改變。

高性能運(yùn)算領(lǐng)域?qū)＜?、美?guó)伊利諾大學(xué)(University of Illinois)計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Wen-mei Hwu表示：“超級(jí)計(jì)算機(jī)開發(fā)商每三到四年就會(huì)去找新東西、選定其中某個(gè)，然后在幾年后實(shí)際運(yùn)用。”最新版的Cuda已經(jīng)可以支持部分HSA的平面內(nèi)存 (flat-memory)功能，但Cuda并不怎么適合一些超級(jí)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序，這就為HSA基金會(huì)與AMD帶來機(jī)會(huì)。

至于英特爾則在高階運(yùn)算領(lǐng)域有自己的方案，其Xeon Phi 處理器采用60個(gè)簡(jiǎn)化的 x86核心來處里平行任務(wù)，搭配該公司自家開發(fā)的工具; Phi 已經(jīng)開始獲得一些全球五百大超級(jí)計(jì)算機(jī)開發(fā)商的青睞(而且是在短時(shí)間內(nèi))。

HSA將擴(kuò)展至GPU以外的處理器

HSA的特點(diǎn)在于能解決主流運(yùn)算領(lǐng)域一些非常實(shí)際的問題，而該領(lǐng)域有越來越多看起來像是配備各種核心的智能手機(jī)芯片。

“我們一直很謹(jǐn)慎開發(fā)能支持各種加速處理器的(HSA)架構(gòu)，”HSA基金會(huì)總經(jīng)理、專長(zhǎng)繪圖處里的AMD院士Phil Rogers表示：“我們是以GPU為第一步，而其它種類的加速處理器是可以預(yù)期的，包括DSP、DMA引擎、譯碼器以及加密處理器;只要是合理的，每一 家公司都將會(huì)轉(zhuǎn)向開發(fā)加速處理器。”

HSA為程序開發(fā)者解決了非常實(shí)際的問題;如Rogers所言，當(dāng)處理器的CPU與GPU核心擁有各自的內(nèi)存時(shí)，要在處理器SoC上操作主流應(yīng)用程序會(huì)有許多困難：“人們已經(jīng)開發(fā)了利用兩組處理器核心的應(yīng)用程序，但問題在于它們是用很不自然的方式才能運(yùn)作。”

Rogers表示，如果虛擬內(nèi)存空間中存在只有CPU能理解的“指針(pointers)”，要橫跨現(xiàn)有的不同資料架構(gòu)幾乎是不可能的。因此今日的移動(dòng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)工程師，通常得重新打造資料架構(gòu)，以保持追蹤不同 CPU 與 GPU 核心的資料。

在專題演說中，Rogers提到了可利用HSA帶來之額外性能與簡(jiǎn)易性的各種應(yīng)用程序，例如在Hadoop與Map Reduce平臺(tái)上執(zhí)行的大型資料中心、特定的數(shù)據(jù)庫(kù)任務(wù)、石油天然氣探勘，以及電信營(yíng)運(yùn)商與網(wǎng)絡(luò)資料中心的媒體轉(zhuǎn)碼(media transcoding)。

因此HSA能為處理器與應(yīng)用程序開發(fā)商帶來實(shí)際的優(yōu)勢(shì)，還有AMD──如果該公司能藉由某種方式 提供超越英特爾與Nvidia方案的獨(dú)特功能。而由于在電子學(xué)方面還有許多問題存在，一切只能等待。AMD早在2006年為了GPU收購(gòu)ATI時(shí)，就看好微處理器的未來是混合式核心SoC;七年后，該公司仍堅(jiān)持初衷，但要實(shí)現(xiàn)該愿景，還有好一段路得走。