解析HSA----CPU+GPU異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)

先來了解一下HSA

HSA全稱為Heterogeneous System Architecture，翻譯成中文就是“異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)”，強調(diào)的是CPU+GPU異構(gòu)計算。

我們認(rèn)為，現(xiàn)在的CPU發(fā)展已經(jīng)遇到了瓶頸，傳統(tǒng)CPU架構(gòu)決定了它無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難題：GPU作為一個多重單位運算體系，在并行計算上有得天獨厚的優(yōu)勢，通過CPU與GPU的結(jié)合讓串行工作與并行工作協(xié)調(diào)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利組織“異構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)基金會”(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(gòu)的加盟，到2013年1月份已經(jīng)成為開放式行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

如今HSA聯(lián)盟正逐~步~擴~展~

第一款使用HSA架構(gòu)的APU產(chǎn)品由Kaveri擔(dān)任，也就是TrinityAPU處理器的正式繼任者。

Kaveri實現(xiàn)了架構(gòu)整合，在指令集架構(gòu)(ISA)的層面上完成CPU、GPU完全一致性內(nèi)存，支持統(tǒng)一尋址，GPU可以通過CPU指針使用可分頁系統(tǒng)內(nèi)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

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

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

UMA的誕生解決了系統(tǒng)中計算核心訪問與讀取內(nèi)存的問題，在一個真正的UMA系統(tǒng)資源內(nèi)，所有的計算核心都將共享一個單一的內(nèi)存地址空間，并且CPU或GPU中任意一個處理單元做出的更新，對其他所有處理單元均可見。

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

那么， HSA架構(gòu)體系將為我們的生活帶來哪些改變的可能性呢?

HSA異構(gòu)體系的未來

由于HSA是一種開放性的標(biāo)準(zhǔn)，在未來發(fā)展道路上有著更多的可能性，通過異構(gòu)體系可以融合不同廠商的芯片優(yōu)勢，而CPU/GPU的協(xié)作運算將帶來更加明顯的功耗優(yōu)勢。

而且異構(gòu)體系的開放性使得芯片廠商更容易去開拓新市場——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)盟的市場目標(biāo)。

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

我們相信，HSA體系的出現(xiàn)將引發(fā)芯片市場的新一輪改革，當(dāng)然，這還需要包括系統(tǒng)以及APP在內(nèi)的生態(tài)圈合作支持才行。hUMA將會支援C++和Java等開發(fā)語言，或許在不久的將來，我們就能看到HSA體系遍地開花，涌現(xiàn)出各種各樣更高效、更優(yōu)質(zhì)的設(shè)備。