ARM準(zhǔn)備在超級(jí)電腦應(yīng)用領(lǐng)域大展身手

　　ARM的強(qiáng)項(xiàng)在于其相較于x86架構(gòu)更具省電效益的潛力，此特性對(duì)于實(shí)際上不太容易為想要打造的超大規(guī)模系統(tǒng)提供大量電力的超級(jí)電腦設(shè)計(jì)工程師來說頗具助益。

　　ARM開發(fā)了一種向量指令集(vector instruction)，旨在將64位元的V8架構(gòu)推進(jìn)高性能運(yùn)算應(yīng)用領(lǐng)域;而日本業(yè)者富士通(Fujitsu)采用ARM架構(gòu)所開發(fā)、設(shè)置于日本理研研究所(Riken Institute)的K Computer (原本采用Sparc架構(gòu))后續(xù)版本(Post-K)，達(dá)到了8 petaflops的運(yùn)算性能，成為2011年時(shí)全球最強(qiáng)的超級(jí)電腦系統(tǒng)。

　　K Computer讓ARM處理器首次進(jìn)軍超級(jí)電腦領(lǐng)域，一個(gè)由Intel x86架構(gòu)稱霸的稀有市場(chǎng);而ARM期望能進(jìn)一步擴(kuò)展在這個(gè)市場(chǎng)的版圖，慢慢取代如IBM或Cray等由超級(jí)電腦廠商自主開發(fā)的處理器。ARM的強(qiáng)項(xiàng)在于其相較于x86架構(gòu)更具省電效益的潛力，此特性對(duì)于實(shí)際上不太容易為想要打造的超大規(guī)模系統(tǒng)提供大量電力的超級(jí)電腦設(shè)計(jì)工程師來說頗具助益。

　　目前ARM支援的Neon SIMD指令集僅限于128位元，鎖定客戶端系統(tǒng)的成像與視訊應(yīng)用;而其可伸縮向量擴(kuò)充指令集(scalable vector extensions，SVE)，支援在128位元上128~2,048位元長(zhǎng)度的增量(increment)，使用者能寫入一次向量程式碼，并能無須重新編譯、在任何尺寸的向量設(shè)計(jì)上執(zhí)行該程式碼，而此功能號(hào)稱是其他架構(gòu)無法支援的。

　　SVE是一組新的指令集，鎖定科學(xué)研究任務(wù)而非以數(shù)位訊號(hào)處理器(DSP)為基礎(chǔ)的多媒體加速應(yīng)用;富士通表示，該公司打算在2020年推出的K Computer后續(xù)版本采用SVE，讓系統(tǒng)性能比前一代提升五十倍、省電效益提升十五倍。

　　據(jù)了解，SVE是一種負(fù)載/儲(chǔ)存(load/store)架構(gòu)，采用最多32個(gè)向量暫存器(register)以及16個(gè)述詞(predicate)暫存器，加上控制暫存器以及一個(gè)first-fault暫存器;所謂的述詞暫存器是用來管理關(guān)于控制回路的不同決策，ARM為其未來對(duì)SVE的擴(kuò)展預(yù)留了編程空間。

　　SVE規(guī)格是由數(shù)個(gè)合作夥伴共同開發(fā)，預(yù)定明年初公布，ARM才該開始研究將如何為該擴(kuò)充指令集制作開放源碼Linux修補(bǔ)程式。

　　ARM展現(xiàn)了SVE上不同向量長(zhǎng)度的可伸縮特性，圖中的結(jié)果是根據(jù)以不同向量長(zhǎng)度編譯的程式碼之模擬

　　所有的ARM 64位元核心授權(quán)廠商都能取得SVE技術(shù);ARM院士暨主架構(gòu)師Nigel Stephens在近日于美國(guó)矽谷舉行的Hot Chips大會(huì)上表示，該公司已經(jīng)有多個(gè)合作夥伴正在進(jìn)行開發(fā)，但目前不能透露任何公司名稱。

　　而對(duì)富士通來說，K Computer的合作案，提供與開始進(jìn)軍高性能運(yùn)算領(lǐng)域的ARM建立更進(jìn)一步夥伴關(guān)系的機(jī)會(huì);負(fù)責(zé)開發(fā)K Computer后續(xù)版本處理器、目標(biāo)是讓該系統(tǒng)在2020年達(dá)到exaflop性能等級(jí)的富士通主架構(gòu)師Toshio Yoshida 表示，Sparc目前仍是該公司商業(yè)用伺服器偏好的架構(gòu)，不過他們也看到一系列采用ARM晶片之技術(shù)與科學(xué)用新系統(tǒng)的商機(jī)。

　　Yoshida透露，富士通的K Computer后續(xù)版本將采用512位元SIMD向量單元，在I/O部分將采用該公司的某個(gè)版本Tofu互連以及其他加速器核心;不過他對(duì)于該處理器晶片目前鎖定采用哪種“先進(jìn)”制程節(jié)點(diǎn)三緘其口。他表示，富士通選擇512位元向量長(zhǎng)度，是因?yàn)槟钦檬瞧淝耙淮鶶parc架構(gòu)系統(tǒng)256位元SIMD的一倍：“我們想在這個(gè)領(lǐng)域把步伐放慢一點(diǎn)。”

　　SVE占據(jù)28位元的編碼區(qū)域，而且只有ARM的64位元核心能支援