AMD：積極建造異構(gòu)平臺(tái)生態(tài)圈
——訪AMD中國(guó)異構(gòu)開發(fā)合作與解決方案中心總監(jiān)楚含進(jìn)

文/本刊記者 王左利

11月中旬，AMD開發(fā)者峰會(huì)在美國(guó)召開。今年開發(fā)者峰會(huì)被稱為APU13，其規(guī)模大于以往的任何一屆。現(xiàn)場(chǎng)云集技術(shù)開發(fā)人員、游戲開發(fā)商、業(yè)界領(lǐng)袖、專家學(xué)者和創(chuàng)業(yè)投資者。

AMD一直致力于CPU和GPU雙芯片的有機(jī)整合工作，例如其最早提出了Fusion融合概念，隨后推出的APU產(chǎn)品，讓用戶在性能、功耗、裝機(jī)成本等方面得到綜合性實(shí)惠。

APU13上，AMD宣布，在2014年，AMD將會(huì)推出Kaveri APU，這款下一代APU將是2014年AMD的主力產(chǎn)品。Kaveri并且是第一款基于HSA 異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)的處理器，該處理器內(nèi)存設(shè)計(jì)基于全新hUMA(異構(gòu)統(tǒng)一內(nèi)存，CPU和GPU內(nèi)存在硬件設(shè)計(jì)上真正統(tǒng)一為系統(tǒng)內(nèi)存)架構(gòu)，制程28nm。

大數(shù)據(jù)需要異構(gòu)計(jì)算

從2006年并購(gòu)ATI，AMD的目標(biāo)很明確，就是要將CPU與GPU融合在一起。AMD中國(guó)異構(gòu)開發(fā)合作與解決方案中心總監(jiān)楚含進(jìn)認(rèn)為，異構(gòu)計(jì)算是一種技術(shù)革命，讓CPU和GPU相互融合，利用GPU并行計(jì)算的原理，讓GPU參與到CPU的工作中，作為CPU的加速處理器，平衡工作，各自發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

之所以如此重視異構(gòu)計(jì)算，是因?yàn)锳MD認(rèn)為，CPU的發(fā)展已經(jīng)逐漸產(chǎn)生瓶頸，在解決很多應(yīng)用的效率方面開始變得不盡如人意，尤其是在不斷降低功耗但是對(duì)用戶體驗(yàn)要求卻一直提高的今天，用戶對(duì)于基于視覺，體感，超高分辨率如4K，8K的要求也與日俱增，如何讓未來中央處理器的每瓦性能發(fā)揮到最大一直是硬件追求的目標(biāo)，在這些領(lǐng)域，APU有著天然的優(yōu)勢(shì)。

在大數(shù)據(jù)的時(shí)代，異構(gòu)平臺(tái)對(duì)大數(shù)據(jù)的處理也逐漸成為各大廠家研究的目標(biāo)。楚含進(jìn)表示，“在現(xiàn)在大數(shù)據(jù)的前提下，一些非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理，有的時(shí)候不能完全依靠CPU的處理能力，要靠GPU和CPU的協(xié)同處理能力才能更好更有效地完成對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的變化，進(jìn)而作為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)流處理。比如在多媒體語音搜索、處理領(lǐng)域炙手可熱的DNN（深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）模型處理中，可以預(yù)見到，APU服務(wù)器的出現(xiàn)一定會(huì)在該領(lǐng)域引起一場(chǎng)效能的革命，AMD已經(jīng)在該領(lǐng)域投入專門的團(tuán)隊(duì)來作前期研究，并且取得了一定成果，引起國(guó)內(nèi)外尤其是許多互聯(lián)網(wǎng)大公司的興趣和合作探討。”

從單純CPU到異構(gòu)計(jì)算是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程并且充滿各種挑戰(zhàn)。盡管產(chǎn)業(yè)界目前對(duì)異構(gòu)計(jì)算還停留在以硬件為主導(dǎo)，軟件生態(tài)環(huán)境正在建立的狀態(tài)，但楚含進(jìn)認(rèn)為，異構(gòu)計(jì)算在未來一定會(huì)有非常好的發(fā)展。“隨著硬件產(chǎn)品從2014年正式在市場(chǎng)上推出和異構(gòu)計(jì)算基金會(huì)（HSA Foundation）成員迅速的推廣，以及基于HSA的開發(fā)工具(HSA Stack)日臻成熟，在未來的2～3年內(nèi)一定會(huì)看到大量的基于CPU和GPU的融合應(yīng)用。”

異構(gòu)平臺(tái)最大的問題就是軟件的編程，良好的編程工具可以讓開發(fā)者更好地將CPU與GPU的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮。因此，最近幾年AMD在異構(gòu)計(jì)算的編程方面做了大量工作。比如，AMD一直致力于推動(dòng)OpenCL的普及與培訓(xùn)。他們開展了大規(guī)模公益性的針對(duì)OpenCL的培訓(xùn)，向包括教育領(lǐng)域、研究領(lǐng)域等多行業(yè)開展了面向異構(gòu)計(jì)算的編程培訓(xùn)。

楚含進(jìn)認(rèn)為，硬件廠商一定不能僅僅考慮硬件設(shè)計(jì)，而應(yīng)從生態(tài)環(huán)境的角度上進(jìn)一步考慮如何提供一系列的開發(fā)工具或者是軟件模塊，讓上層的軟件開發(fā)人員更好使用技術(shù)。也就是說，軟件開發(fā)者在使用這些技術(shù)和工具的時(shí)候，能夠更方便地思考其編程該如何更好地?cái)U(kuò)展各種應(yīng)用，而不用費(fèi)好大勁研究硬件的結(jié)構(gòu)。值得一提的是，在APU13大會(huì)上，Oracle加入異構(gòu)基金會(huì)，使Java在異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域得到大力的支持，極大降低了基于Java的異構(gòu)平臺(tái)編程門檻。這也正是AMD致力于異構(gòu)計(jì)算的目的，即讓大量普通的程序員駕馭GPU，同時(shí)那些使用OpenCL編程的程序員依然可以按傳統(tǒng)的方式來構(gòu)建自己的軟件。

“一旦有很好的針對(duì)異構(gòu)平臺(tái)的編程工具，未來基于異構(gòu)平臺(tái)就會(huì)產(chǎn)生很多創(chuàng)新型的應(yīng)用，就像C語言對(duì)當(dāng)年單片機(jī)的支持使得單片機(jī)從單一匯編語言支持走向普及應(yīng)用一樣。”楚含進(jìn)表示。

發(fā)力低功耗

低功效是AMD一直追求的目標(biāo)。而異構(gòu)平臺(tái)可以讓功耗變得更低，但是低功耗并不意味著用戶體驗(yàn)的期望降低。相反，隨著互聯(lián)網(wǎng)和智能移動(dòng)設(shè)備的迅猛發(fā)展，用戶體驗(yàn)反而更高。楚含進(jìn)提到，低功效的處理器對(duì)未來的各種應(yīng)用來說很重要。他提到一個(gè)例子：“現(xiàn)在手機(jī)上很難看到基于3D的游戲，無論其核心是雙核還是四核，都不足以支撐3D應(yīng)用的普及，因?yàn)楹碾娏亢蛦渭僀PU處理圖形能效太低，過度的耗電使很多應(yīng)用的設(shè)計(jì)不得不以降低用戶體驗(yàn)為代價(jià)。”

異構(gòu)計(jì)算正是為了降低功耗提升單位效能（Perform/Watt）而設(shè)計(jì)，“利用CPU和GPU的融合架構(gòu)合理部署應(yīng)用，會(huì)使用戶整個(gè)系統(tǒng)的密度變得更密集，性能功耗也趨于合理。基于HSA的APU架構(gòu)是一種架構(gòu)變革的設(shè)計(jì)，不是簡(jiǎn)單的硬件系統(tǒng)級(jí)更改，或者說異構(gòu)計(jì)算給未來處理器架構(gòu)提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的參考，APU是作為其產(chǎn)品的一種代表。”楚含進(jìn)說。

APU內(nèi)部架構(gòu)實(shí)際上是把CPU和GPU結(jié)合起來，它的主要硬件級(jí)實(shí)現(xiàn)之一就是hUMA，可以真正地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在芯片級(jí)的融合，讓CPU和GPU共享同一內(nèi)存空間，這樣，CPU和GPU直接互相訪問，無需讓CPU和GPU之間通過復(fù)制數(shù)據(jù)做“二次”處理，所以可以由GPU完成指令，而不需要由CPU從系統(tǒng)內(nèi)存調(diào)用數(shù)據(jù)分派給GPU。這使得GPU和未來具有特定服務(wù)的處理器（比如視頻處理器，F(xiàn)PGA等）成為真正意義上的協(xié)處理器，從而讓系統(tǒng)資源在操作系統(tǒng)的調(diào)度下發(fā)揮到最優(yōu)。

楚含進(jìn)介紹說，這個(gè)架構(gòu)最大化地解決了兩個(gè)問題。第一，把CPU與GPU相結(jié)合，實(shí)際上減少了數(shù)據(jù)在CPU和GPU之間傳輸時(shí)產(chǎn)生的功耗，對(duì)很多程序來說是莫大的幫助，讓諸多以前受制于計(jì)算能力和功耗的應(yīng)用成為可能，比如， 4K的編解碼傳統(tǒng)軟件算法會(huì)由于這種架構(gòu)而受益，另外游戲上基于物理的實(shí)時(shí)渲染模型則會(huì)成為可能；第二，AMD在HSA上為GPU開發(fā)出一套非常容易讓高層的編程語言人員使用的工具棧，這些工具提供給不同層次的程序員靈活的接口，利用C，C++或者Java都可以實(shí)現(xiàn)自己的程序，不用太多考慮GPU里專有的編程語言。通過這些，AMD希望開發(fā)人員只要對(duì)自己的業(yè)務(wù)了解即可而不用考慮GPU，并最終把GPU變成通用編程的模型。為了做到這一點(diǎn)，AMD提供了HSA編譯工具、可調(diào)式的工具、基于開源的中間件和對(duì)不同層次語言的支持。

生態(tài)鏈與人才培養(yǎng)

異構(gòu)平臺(tái)的發(fā)展必然需要產(chǎn)業(yè)界的支持，一旦生態(tài)鏈成熟，異構(gòu)平臺(tái)就會(huì)得到快速發(fā)展。因此AMD意識(shí)到，必須將異構(gòu)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，使其成為業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，讓服務(wù)器，PC到移動(dòng)終端等領(lǐng)域的開發(fā)者都能享受它的優(yōu)勢(shì)，最終逐漸形成一個(gè)完善的生態(tài)鏈。

因此，AMD同ARM一起成立了HSA基金會(huì)。HSA基金會(huì)倡導(dǎo)的是一種開放的，同時(shí)還可以涵蓋PC與移動(dòng)設(shè)備（不光是跨 OS）的標(biāo)準(zhǔn)。目的在于通過異構(gòu)處理器的架構(gòu)來提升處理器的表現(xiàn)。比如FPGA和DSP也可以用到它，利用它提供高層語言支持，實(shí)現(xiàn)可編程性。2013年，HSA基金會(huì)的陣營(yíng)里新添了Oracle，這是一個(gè)很重要的信號(hào)。這意味著Java語言對(duì)于異構(gòu)平臺(tái)的重視。這樣的話，許多開發(fā)者就可以很方便地利用Java進(jìn)行異構(gòu)平臺(tái)的開發(fā)了。從軟件編程角度來看，Oracle的加盟無疑讓HSA陣營(yíng)更加完善。目前包括ARM、Imagination、LG、高通、三星和德克薩斯儀器等公司都已加盟HSA基金會(huì)。

楚含進(jìn)提到，國(guó)外的異構(gòu)平臺(tái)的工程師中，華人和中國(guó)人占了很大分量，異構(gòu)計(jì)算作為計(jì)算機(jī)組成結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐漸普及到學(xué)生的教材中。而在國(guó)內(nèi)，目前這方面的教育剛剛開始。對(duì)教育領(lǐng)域來說，楚含進(jìn)認(rèn)為，當(dāng)前計(jì)算機(jī)系的許多畢業(yè)生才剛剛接觸異構(gòu)計(jì)算的編程，一方面是因?yàn)楫悩?gòu)計(jì)算的編程非常難，很多編程方法易用性較差，另一方面，目前他們還沒有很好地看到這個(gè)領(lǐng)域的潛力，“國(guó)內(nèi)更多是在跟隨，缺少前瞻性。”

基于此，AMD一直努力地在國(guó)內(nèi)培養(yǎng)異構(gòu)計(jì)算方面的人才。比如，他們做了一個(gè)異構(gòu)計(jì)算社區(qū)，加強(qiáng)國(guó)內(nèi)異構(gòu)計(jì)算人才的交流。同時(shí)在中國(guó)百所高校做技術(shù)培訓(xùn)，并發(fā)起了異構(gòu)計(jì)算大賽以及出版異構(gòu)平臺(tái)方面的圖書，希望通過種種方式培養(yǎng)一批異構(gòu)人才。

“AMD融合的技術(shù)也是開放的技術(shù)。并且這種開放最終將能使開發(fā)人員以及最終用戶受益。AMD把異構(gòu)軟件標(biāo)準(zhǔn)開放，并且提供諸多軟件中間件，這是一種‘先人植樹后人乘涼’的工作，對(duì)我們來說這也是一種對(duì)自己產(chǎn)品和技術(shù)在業(yè)界領(lǐng)先的信心證明。”楚含進(jìn)說。