AMD資助：新法讓CPU+GPU融合處理器性能暴增113％

　　北卡羅萊納州大學(xué)和AMD公司的研究人員們最近找到了一種新方法，能夠讓AMD APU、Intel Sandy Bridge這種集CPU、GPU于一體的融合型處理器獲得平均20%以上的性能提升，最多可翻一番還多。工程師們主要是利用了x86處理器的一些獨特性質(zhì)，比如說(shuō)數據預取和大容量緩存，從而在GPU上加速并行任務(wù)的執行。

　　研究論文作者之一、電子與計算機工程副教授周惠陽(yáng)博士(Dr. Huiyang Zhou)認為：“芯片廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)了 ‘融合架構’的處理器，將CPU、GPU整合在單獨一顆芯片上。這種方法降低了制造成本，讓計算機更加高效，但是CPU核心、GPU核心仍然都幾乎完全在 執行各自不同的功能，很少能夠合作執行任何程序，因此沒(méi)有預想得那么高效。這就是我們要爭取解決的問(wèn)題。”

　　他進(jìn)一步解釋說(shuō)：“我們的方法是讓GPU核心去執行計算型功能，同時(shí)讓CPU從片外主內存中預取GPU所需要的數據。這樣做的效率更高，因為它能讓CPU、GPU去做各自擅長(cháng)的事情：GPU的長(cháng)項是進(jìn)行計算，CPU則適合做出決定、彈性獲取數據。”

　　其實(shí)CPU、GPU從主內存中獲取數據的速度是差不多的，但如果能讓CPU來(lái)提前判斷GPU所需數據，并拿來(lái)做好準備，GPU就可以減輕負擔，全身心投入到執行和計算中去了，效率自然可以得到提升。

　　在一個(gè)由CPU輔助進(jìn)行的GPGPU處理器中，CPU啟動(dòng)一個(gè)GPU程序后，會(huì )創(chuàng )建一個(gè)預執行程序。該程序使用編譯器算法從GPU內核中自動(dòng)生成，包含 GPU內核多個(gè)線(xiàn)程塊的內存訪(fǎng)問(wèn)指令。CPU預執行程序會(huì )在GPU內核之前運行，這是因為：第一，CPU預執行線(xiàn)程僅包含來(lái)自GPU內核的內存拾取指令， 沒(méi)有浮點(diǎn)計算;第二，相比于GPU標量核心，CPU的運行頻率更高，指令級的并行度也更高。

　　研究人員們還利用了CPU二級緩存的預取能力，來(lái)提高CPU的內存帶寬，因此GPU線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)內存對三級緩存的依賴(lài)及其延遲都大為降低。

　　此外，因為預執行程序是直接由用戶(hù)級的應用程序控制的，精度和彈性都非常高。

　　工程師們通過(guò)對一系列基準測試進(jìn)行試驗，最后得出結論稱(chēng)這種方法可將處理器性能平均提升21.4%，最多可達驚人的113%。

　　這篇名為《CPU-GPU融合架構上的CPU輔助GPGPU》(CPU-Assisted GPGPU on Fused CPU-GPU Architectures)的論文將于二月底在新奧爾良舉行的第18屆國際高性能計算機架構研討會(huì )上公布。該論文的作者還有北卡羅來(lái)納州大學(xué)的在校學(xué)生Yi Yang、Ping Xiang(看來(lái)都是華裔人士)，以及來(lái)自AMD公司的Mike Mantor，而為研究提供資助的是美國國家科學(xué)基金會(huì )和AMD公司。

　　很顯然，AMD未來(lái)的Fusion APU非常有希望用到這些技術(shù)。