Intel微軟揭示并行計算多核編程任重而道遠

英特爾和微軟正在漫長的道路上一步步地走向他們所構想的藍圖，即為未來多核處理器設計新型并行編程模型。兩個公司在英特爾發(fā)展論壇上發(fā)表了各自所取得的進展。

微軟的新版本中，為系統(tǒng)軟件棧添加了新的層，并為它的.Net集成環(huán)境進行了一些擴展。英特爾則計劃對x86指令集進行擴展，并展示了在Ct上的進度，Ct是C++設計語言的擴展版本，旨在提供更好的并行化計算。

從用于計算開始，軟件的發(fā)展便憑借著摩爾定律關于串行處理器的發(fā)展而不斷提高其性能水平。然而，隨著微處理器上的功率泄露的問題不斷嚴重，迫使向多核方向轉(zhuǎn)移。去年年底發(fā)起的微軟并行計算計劃的主持者David Callahan稱，這意味著向并行計算模型的歷史性過渡。

微軟與英特爾正在支持著各種學術性研究，來推進這方面的發(fā)展。在英特爾技術峰會上，學者們與企業(yè)界內(nèi)部團隊分享了一些進展情況。

這樣的工作似乎還不夠雄心勃勃，微軟更希望使用并行計算的轉(zhuǎn)變推動計算機界面的發(fā)展。

Callahan稱，“這實際上是我們希望實現(xiàn)的自然與經(jīng)驗相結(jié)合的新的布景。并行計算轉(zhuǎn)化只是前進路上的一個小插曲。”

在開始并行工作前，底層軟件需要整體調(diào)整。Callahan表示，未來的系統(tǒng)軟件將會分成更多的層，形成更多的單獨組件，包括在應用庫和進程管理程序(hypervisors)之間定義用戶空間的新的運行環(huán)境，以及關鍵操作系統(tǒng)內(nèi)核。

運行環(huán)境將作為調(diào)度器，與進程管理程序及操作系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)工作。進程管理程序虛擬地映射著物理資源，而操作系統(tǒng)對物理硬件的訪問進行管理。Callahan稱，“這是一個對傳統(tǒng)操作系統(tǒng)服務的重構。”

這樣的目的是更好的處理在多核環(huán)境下競爭請求。即使今天的PC也并行著執(zhí)行“可怕數(shù)目”的進程，于是形成了時序處理的瓶頸以及數(shù)據(jù)存儲的丟失。

微軟會把其運行層公布給第三方，其中包括英特爾公司，因為微軟預計未來將需要很多種從不同廠商抽象得來的用于不同服務種類的互操作軟件抽象。未來的軟件還需要在下面幾個方面進行技術改進：協(xié)作調(diào)度、更好的線程級性能以及增強消息傳遞。

Callahan稱，“這將是一系列深刻的改變，甚至需要重新構建庫文件并重新編寫應用程序。”

RapidMind 公司的首席科學家Michael McCool稱，“這是一個雄心勃勃的轉(zhuǎn)變，也是他們(微軟與英特爾)第一個目標。” RapidMind公司從事于為x86和其他處理器提供并行編程工具。

McCool還補充說，“最初，他們已經(jīng)完成了一些顯著的支持并行任務的事情，但我沒有看到在對數(shù)據(jù)抽象方面上的任何努力。”

McCool稱，未來并行編程模型要新的類型來對數(shù)據(jù)排序，因此數(shù)據(jù)可以在合適的時候匯集到緩存中的合適位置。他還指出，英特爾最新的高速處理器互連，顯著得減少了等待時間，但如果錯誤數(shù)據(jù)出現(xiàn)在緩存中，等待時間又會顯著增加。

新的工具和新的設計語言

在編程工具的領域中，Callahan稱，微軟正在對其基于C#3.0語言的.Net環(huán)境進行擴展。英特爾稱其將在11月份發(fā)布四個新的并行編程工具的測試版本。

Callahan稱，程序員們將需要一整套新的工具集來實現(xiàn)調(diào)試、優(yōu)化以及驗證其編寫的并行代碼。調(diào)試工作將從單步執(zhí)行形式變?yōu)榭梢暬ぞ邅慝@取上千次同步任務時所反映出的趨勢。

在設計語言方面，英特爾談論到Ct，即C++用于多核處理器的擴展版本。該語言目標是自動為多個核劃分處理任務，而不需要程序員了解x86架構的深層細節(jié)。

從英特爾公司協(xié)作技術組的工程師Anwar Ghuloum顯示的數(shù)據(jù)看，使用該語言在四核系統(tǒng)上運行同樣的代碼可以加速1.7至3.7倍。Ct最初的目標是用于英特爾通用Nehalem四核心芯片組，但目前已經(jīng)升級在16核Larrabee圖像處理器原型上運行。

McCool 稱，“RapidMind和Ct都在指向并行計算這同一方向，但我們更關注于更長遠的成熟的商業(yè)供應，而當前Ct仍然只是一項正在研究的API。”

英特爾還討論了其先進矢量擴展(AVX)，作為取代當前在英特爾處理器上使用的流式SIMD擴展版(SSE)指令集擴展。

AVX被認為將為并行計算提供比SSE更優(yōu)越的環(huán)境，提升浮點性能并增加了更廣泛的單指令和多數(shù)據(jù)(SIMD)單元。不過，AVX到英特爾 SandyBridge處理器問世后才會全面實現(xiàn)，SandyBridge是一款32納米處理器，預計2010年推出，是繼當前Nehalem型CPU兩代后的產(chǎn)品。

另外，英特爾透露了Nehalem處理器性能得以優(yōu)化的新功能，這些功能是其他一些CPU核中沒有采用的。這個功能可以在一些核閑置時自動關閉這些核，從而為其他仍在運行的核提供更多可用的芯片級電源。

該技術涉及到新的帶有高阻抗的晶體管設計，從而減少了來自已經(jīng)關閉的核的泄漏電流，同時在處理器上還使用了百萬門晶體管控制器和傳感器。

負責Nehalem電源管理的英特爾院士Rajesh Kumar稱，“你能控制的電源越多，實現(xiàn)的性能越佳。”

競爭對手AMD公司已經(jīng)有能力在其處理器上通過獨立的電源層來單獨運行各個核。此前，英特爾稱，這樣的特征并不能顯著節(jié)省電源。