解析HSA----CPU+GPU異構系統架構

先來(lái)了解一下HSA

HSA全稱(chēng)為Heterogeneous System Architecture，翻譯成中文就是“異構系統架構”，強調的是CPU+GPU異構計算。

我們認為，現在的CPU發(fā)展已經(jīng)遇到了瓶頸，傳統CPU架構決定了它無(wú)法在并行運算上做出更大的貢獻。

而CPU+GPU運算就能很好地解決這個(gè)難題：GPU作為一個(gè)多重單位運算體系，在并行計算上有得天獨厚的優(yōu)勢，通過(guò)CPU與GPU的結合讓串行工作與并行工作協(xié)調處理，將大幅度提高計算機的計算能力。

2012年6月份，AMD聯(lián)合ARM、Imagination、聯(lián)發(fā)科、德州儀器共同組建了非營(yíng)利組織“異構系統架構基金會(huì )”(HSA Foundation)，隨后吸引了三星電子、高通以及大批行業(yè)公司、科研機構的加盟，到2013年1月份已經(jīng)成為開(kāi)放式行業(yè)標準。

如今HSA聯(lián)盟正逐~步~擴~展~

第一款使用HSA架構的APU產(chǎn)品由Kaveri擔任，也就是TrinityAPU處理器的正式繼任者。

Kaveri實(shí)現了架構整合，在指令集架構(ISA)的層面上完成CPU、GPU完全一致性?xún)却?，支持統一尋址，GPU可以通過(guò)CPU指針使用可分頁(yè)系統內存。這款史上最強APU Kaveri已經(jīng)發(fā)布啦!

HSA的關(guān)鍵技術(shù)：hUMA

在過(guò)去，即便GPU和CPU已整合到同一個(gè)芯片上(GPGPU技術(shù))，芯片在運算時(shí)要定位存儲的位置仍然得經(jīng)過(guò)繁雜的步驟，這是因為CPU和GPU的數據儲存區相互獨立，當CPU程序需要在GPU上進(jìn)行部分運算時(shí)，CPU必須將存儲區上的所有的資料復制到GPU的存儲上，而當GPU上的運算完成時(shí)，這些資料還要再復制回到CPU存儲。這些步驟都會(huì )不斷耗費時(shí)間以及降低程序處理的效率。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，HSA聯(lián)盟公布了hUMA技術(shù)，透過(guò)hUMA，CPU和GPU能共享同一個(gè)存儲空間，并且CPU能夠直接存取GPU的存儲位址，不必像過(guò)去得花工夫再將GPU的運算資料復寫(xiě)到CPU上，So easy~

UMA的誕生解決了系統中計算核心訪(fǎng)問(wèn)與讀取內存的問(wèn)題，在一個(gè)真正的UMA系統資源內，所有的計算核心都將共享一個(gè)單一的內存地址空間，并且CPU或GPU中任意一個(gè)處理單元做出的更新，對其他所有處理單元均可見(jiàn)。

除此之外透過(guò)hUMA GPU還可以支持分頁(yè)內存管理，GPU可以產(chǎn)生缺頁(yè)異常，不再受限于傳統上的頁(yè)表鎖定內存，而且內存整體空間得到了有效利用，CPU和GPU進(jìn)程可以從整個(gè)內存空間中動(dòng)態(tài)分配內存，避免了以前硬性分配造成資源浪費的尷尬。

那么， HSA架構體系將為我們的生活帶來(lái)哪些改變的可能性呢?

HSA異構體系的未來(lái)

由于HSA是一種開(kāi)放性的標準，在未來(lái)發(fā)展道路上有著(zhù)更多的可能性，通過(guò)異構體系可以融合不同廠(chǎng)商的芯片優(yōu)勢，而CPU/GPU的協(xié)作運算將帶來(lái)更加明顯的功耗優(yōu)勢。

而且異構體系的開(kāi)放性使得芯片廠(chǎng)商更容易去開(kāi)拓新市場(chǎng)——不僅僅局限于PC，包括服務(wù)器、嵌入式領(lǐng)域、平板手機游戲機等等都將成為HSA聯(lián)盟的市場(chǎng)目標。

對消費者而言，我們可以體驗到更加極速的計算性能，系統將高負載計算交由GPU完成，GPU中每一個(gè)流處理器都相當于一個(gè)CPU核心。試想下GPU中成百上千的流處理器合作運算，那會(huì )是一種完全不同的用戶(hù)體驗。

我們相信，HSA體系的出現將引發(fā)芯片市場(chǎng)的新一輪改革，當然，這還需要包括系統以及APP在內的生態(tài)圈合作支持才行。hUMA將會(huì )支援C++和Java等開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，或許在不久的將來(lái)，我們就能看到HSA體系遍地開(kāi)花，涌現出各種各樣更高效、更優(yōu)質(zhì)的設備。