為數據中心打造的高級芯片Piton 到底有什么特別之處？

　　在8月23日的舊金山Hot Chips大會(huì )上，普林斯頓大學(xué)的研究人員公布了其名為“Piton ”的25核處理器芯片的細節，并提出用8000個(gè)Piton塞滿(mǎn)一臺計算機，打造成20萬(wàn)內核總數計算機的非凡構想。一般個(gè)人計算機的芯片只有4～8個(gè)內核，而Piton為大型數據中心支持大流量數據、具有高度可擴展性、能夠支持多個(gè)處理器核心等特點(diǎn)量身打造。20萬(wàn)內核計算機的構想如果真的實(shí)現，就要看哪一家廠(chǎng)商愿意使用它了。

　　Piton可以大幅度提高運算數據并節省能耗，其構造上具有出色的可擴展性，這意味著(zhù)幾千個(gè)這樣的芯片可組合起來(lái)，構成一個(gè)具有數百萬(wàn)個(gè)處理器的整體系統。

　　普林斯頓大學(xué)的教授David Wentzlaff說(shuō)道：“在Piton制作工程中，我們重新思考了計算機的架構，專(zhuān)門(mén)為數據中心和云打造這樣一個(gè)特殊的芯片。這是目前學(xué)術(shù)界制作的最大的芯片之一，它可以更有效地運行，并且更便宜。”

　　Piton是Wentzlaff和他的學(xué)生們多年來(lái)共同努力的成果，目前的版本是6mm x 6mm的面積，包含4.6億個(gè)晶體管，每一個(gè)晶體管只有32納米長(cháng)，除了用電子顯微鏡，肉眼根本無(wú)法可見(jiàn)這些晶體管。

　　總的來(lái)說(shuō)，Piton有以下三大特點(diǎn)：

　　“執行破風(fēng)”

　　Piton的設計專(zhuān)注于挖掘同一個(gè)芯片上運行程序的共性。其中一種方法被稱(chēng)作是“執行破風(fēng)”(Execution Drafting)，這很類(lèi)似于在自行車(chē)比賽中，車(chē)手們組成特定的隊形，利用領(lǐng)騎手破風(fēng)所形成的氣流(Drafting)，以此減少阻力節省能量。

　　在一個(gè)數據中心里，通常多個(gè)用戶(hù)運行的程序依賴(lài)著(zhù)相似的處理器操作。Piton的內核們可以識別出這些程序之間的關(guān)系，并且連續執行相同的指令，所以?xún)群藗円粋€(gè)接一個(gè)地循環(huán)運行，就像是一列賽車(chē)手一樣。研究人員表示，這樣運行的效果是，比起普通的內核，可以提高大約20%的能效。

　　流量整形器

　　一般來(lái)說(shuō)，多個(gè)程序相互擠占計算機內存。Piton會(huì )有一個(gè)內存流量整形器(Memory-traffic Shaper)，這個(gè)功能就像是一個(gè)在繁忙的十字路口的“流量警察”，它評估每一個(gè)程序的需要，相應地調整它們的內存請求，指揮程序們順暢流通，避免發(fā)生堵塞。與傳統分配方法相比，這個(gè)可以讓芯片的性能提高18%。

　　高效的緩存管理

　　Piton芯片本身的內存管理也十分高效。這種內存，就是通常所說(shuō)的“緩存”。在大多數的設計中，一個(gè)芯片的所有內核都會(huì )共享緩存，但是這種策略在多個(gè)內核要獲得并修改緩存的時(shí)候，就會(huì )出現沖突的問(wèn)題。Piton并未采取這種共享的方法，而是給緩存的區域和特定的內核分配了不同的用途。研究人員表示，這樣一來(lái)，每個(gè)芯片的效率能夠提升29%，而且當一個(gè)數據中心里數百萬(wàn)的內核一起運行的時(shí)候，系統的效率還會(huì )成倍增加。

　　研究人員表示，這些經(jīng)過(guò)改善的特性，與現存的生產(chǎn)標準保持一致，可以應用于生產(chǎn)實(shí)踐中。為了促進(jìn)Piton的發(fā)展和應用，普林斯頓大學(xué)已經(jīng)把Piton的設計開(kāi)源，公眾和研究人員都可以點(diǎn)擊這個(gè)網(wǎng)站獲得相關(guān)信息。