cell体系结构(doc48)-经营管理(编辑修改稿)

cell体系结构(doc48)-经营管理(编辑修改稿)内容摘要：

不理想】 在未来，你将具有如同单一计算机一样工作的多计算机系统，而不仅仅是离散的多台机器。 升级不在意味着替换掉原有系统，而是增强。 进一步你的 计算机 将包括协同工作的 PDA，TV和录像机 ，他们可以合成一体象单一计算机一样工作。 具体的处理方式 Cell体系结构在许多方面都极尽所能的获得最大性能，但是在一个地方却和整个业界走了相反的路线。 操作系统是程序和硬件交互的根本方法，它使得开发人员无需每次都自己写一份驱动程序。 发展到现在操作系统已经包含各种各样的复杂任务，实现这一目的的途径之一就是从硬件中抽象出更多的内容。 面向对象编程在抽象上走的更远。 这也包括类似 Java这样提供其自身环境，而将应用从单一的操作系统中独立出来的技术。 Web实际上也完成了相同的工作，你看到的页面和提供这个页面的服 务器在平台上是完全不相关的。 你无需专门为 Mac或者 Windows写一个特定版本的 HTML文档。 底层硬件，操作系统和 Web服务器已经被完全抽象化了。 即使硬件制造商们也开始做抽象化的工作， Transmeta拥有 x86兼容的处理器产品线，但实际上这些处理器与 x86大相径庭。 Transmeta在软件上提供了抽象层以屏蔽处理器的内部细节，其内部不仅不是 x86，还是一个完全不同的 VLIW体系结构。 但这并不仅仅发生在 Transmeta或者 x86上，大多数现代处理器的内部体系结构和他们的编程模型都有很大的区别。 如果在 puting中存在一条法则，那就是抽象－－当今计算技术中的重要部分。 但是 Cell放弃了他。 Cell的编程模式是具体的 concrete，当你为一个 SPE编程时，你将编写 SPE中到底有什么，而不是某些抽象。 你将会直接面对硬件。 这似乎时一种亵渎的行为，通常可以举出很多理由来说明为什么这是一个糟糕的想法，但是这种直接面对硬件的方法有一个最大的优点：性能。 每一个被添加的抽象层次都带来了可观的计算开销，一次抽象可以十倍的降低性能。 考虑到大多数现代系统中在一个抽象层上都还有更多的层次，你就能明白在几年前 运行如飞的 50MHz 486为什么今天看起来象一只年迈的老狗，你需要一颗更现代的处理器来解决后来添加的抽象层次。 去除抽象的一个巨大缺点就是将极大的增加开发的复杂度，并且将限制硬件设计者改变系统的方式。 而后者是抽象盛行的重要原因。 但如果你注意到进几年来现代处理器并没有多大改变，你就会理解 Cell的设计显然并不希望他们的体系结构会有什么重大的变化，因此选择了从一开始就固定住设计。 系统仍然有某些灵活性，至少在一段时间之后可以做些修改。 然而 Cell的方法也可以得到某些抽象的好处。 Java通过抽象操作系统和硬 件已经实现了跨平台的兼容性，它提供的虚拟机在所有平台上保持一直，底层的硬件和操作系统可以改变但是虚拟机不会。 Cell提供了某些和 Java类似的特性，但却是以完全不同的方式。 Java提供了在所有平台上都一样，基于软件的 虚拟机 ， Cell则通过硬件提供了这样类似 Java虚拟机的机器。 在 OS X上书写的 Cell代码和在 Windows、 Linux和 Zeta上的 Cell代码是完全相同的，应用在任何情况下都是相同的硬件 Cell来执行它。 硬件 DRM 某些人也许会奇怪在 Cell硬件中包含了 DRM（数字辐射计。 ）。 Sony是一家媒体公司，和行业里的其他公司一样大力推广 DRM型的解决方案。 同时注意到 Cell也面向 HDTV， BluRay/HDDVE系统，任何高清晰度的内容都在 DRM的严格控制之下，因此 Sony不得不加入这部分能力，否则他们将在自己的目标市场中自削一臂。 但是硬件 DRM并不是 Cell中的秘密武器，在以前的机顶盒甚至 IBM大型机的 crypto硬件都包含它。 其他设置以及未来 在 Cell体系结构中也包含未来技术的机会，可能的互连结构正在设计中，无疑在 PS3中将使用这一技术，但显然设计者也在考虑当铜导线达到 其物理极限时（大约在 10GHz），除硅之外的其他材料将会出现在制造领域，但这是另外一个更重大的计划。 Cell的设计并不是完全固定的， SPE的数目时可变的，并且 SPE中可以包含更多的浮点或整数单元。 在某些情况下 SPE可以被其他诸如 I/O单元或者图形处理器代替。 Navidia将提供 PS3使用的图形硬件，因此这部分工作可能被包含在一个修改过的 Cell中。 由于摩尔法则持续有效，单个芯片中的晶体管数目不断增加，而设计师将从其中获益。 在专利中提到了包含 4个 Cell的单个芯片，但也有其他的设置来满足不同的 Cell应用。 当多个 SPE操作流数据时，他们将数据写回 RAM 然后在读出，添加缓冲 buffer使得 SPE到 SPE可以直接写数据将会更加灵活。 直接传输在专利中有所提及但没有更多深入内容。 结束语 Cell体系结构本质上就是一个包含一组 8个极高性能向量处理器的通用 Power或 PowerPC处理器，并且有高速的存储和 I/O系统，以及一个相当智能的任务分布系统使得 adhoc集群可以建立起来。 目前还不太清晰的是这个设计将会走多远。 削弱 cache和动态虚存管理的系统是很不寻常的，并且在过去 20年里从没有任何现代通 用处理器这样做过。 只有 Seymour Cray的某些设计能与之相比。 Cell不仅仅是速度快，由于使用了很多顶尖的设计，业界的其他公司在一段时间内很难赶上它。 只有一种方式来总结：这个系统并不仅仅是摇滚，它将演奏德国的重金属。 [第三部分 ] Cell体系结构解释－第三部分： Cellular Computing Cell不是一个奇特的图形芯片，它试图用于通用计算领域。 Navidia提供 PS3上的图形硬件似乎验证了这一说法。 SPE并不象正常的微处理器一样具有通用性，但是 Cell通过包含一个正常 PowerPC微处理器的 PPE弥补了这一点。 Cell应用 正如在第一部分所说， Cell并不仅仅是为了 ps3来设计，但是 Cell擅长的应用究竟有哪些呢。 Cell不可能在每一件事情上都工作得很好，某些应用可能完全不能被向量化，而某些应用可能因为频繁读取存储块的系统降低性能。 对于这些应用最好是 PPE能够起到更好的作用，然而专利中似乎假设 PPE只能被操作系统使用。 游戏 GAME 游戏是当然的设计目标， Cell从一开始就是作为游戏终端进行设计的，如果在游戏上没有良好的表现那肯定有问题。 Cell的设计师紧盯 raw puting power而不是图形能力，因此我们将看到硬件功能被转移到软件上而开发者有更多的灵活性。 现在的问题是 PS3是否能成为第一个实时光影跟踪的游戏终端。 3D图形 这又是 Cell的重要设计目标领域，图形具有巨大的并行特性，可向量化和流化的各种问题可以让 SPE得到完全的应用，因此使用的 Cell越多就可以获得更快的图形性能。 现在有很多不同高性能图形技术方面的研究，希望 Cell能够被他们所使用，而这些技术也能通过 Cell使自己成为主流技术。 如果你认为现在的图形技术已经足够好了，在 Cell上你可能会得到某些惊喜。 视频 图像操作显然可以被向量化， Photoshop已经显示了图像处理向量化的巨大效果。 视频处理可以用类似的方法加速并且 Apple将有能力仅使用目前 GPU来加速 Core Image核心图像中的视频处理， Cell显然可以加速 GPU可以处理的任何应用。 视频编解码也可以被向量化，因此格式转换和各种控制操作都可以从 Cell上获益，希望 Cell能够颠覆目前的专业视频处理硬件。 音频 音频是一个永远对计算能力感到不足的领域。 今天的电子音乐家们使用多路虚拟合成器，每路合成器上有多路声音。 传统的合 成方法是采样现实的每种乐器音。 所有这些都需要自己的处理能力，而这还是在为每路通道上加入不同音效之前的工作。 接下来可能需要一个全局音效并压缩每一个通道，完成最后的混音。 许多操作都可以被向量化。 Cell是每个音乐家的梦想，也是每个看着 PC开始侵蚀防线的合成器制造商的噩梦。 数字信号处理 DSP 数字信号处理中主要使用的算法是 FFT（快速傅立叶变换），将信号分离到不同的频域空间以做进一步处理。 FFT是一个高度可向量化的算法，在很多向量单元和微处理器中包含了特殊的指令专门加速这一算法。 现在有成千上万的 DSP应 用，他们中的大多数可以被流化，因此 Cell可以应用在他们中。 一旦价格和功耗下降到足够低， Cell可以被使用到各种不同的消费类和工业用电子产品上。 SETI DSP应用的一个最好的例子，同样也是基于 FFT， Cell将无止境的推动 SETI@home计划（用分布计算方法利用计算机空闲周期为寻找外星只会生命做运算）。 每一个基于 Cell的设备都可以加入到 SETI@home中去。 其他众多的分布式应用可以从 Cell中获益。 科学 对于传统的（不可向量化）的应用而言，目前的 Cell系统至少和 4颗 PowerPC 970芯片加上高速存储接口的性能相当【由于 PPE比作者预测的简单这句化应该被修改，单个 Cell芯片性能超过单个 PowerPC970处理器是勿庸置疑的】。 对于可以向量化的系统而言就是完全另外一回事了。 一个潜在的问题可能是相对受限的内存容量（这也许只会出现在 PS3上， Cell芯片本身有很大的寻址访问能力）。 即使有这样的存储限制 Cell也可用通过 I/O单元流式处理来获得不错的性能。 GPUs已经应用到了科学计算中而 Cell显然可以直接应用到相同领域中。 很多计算可以通过 GPU加速，包括稀疏线形系统求解，物理模拟，线 形代数操作，偏微分方程，快速傅立叶变换，水平集合计算，计算几何问题，以及非经典图论，例如体绘制，光线跟踪和流形象化。 超级计算 许多现代超级计算机使用便宜且高性能的商业 PC集群方案。 现在凑足 250台 PC你就可以打入 Top500排行榜。 而为了相同的目的你只需要 8 个 Cell芯片， 560个 Cell芯片可以让你排到第一位。 这是一个向后兼容性完全不那么重要的领域，而且变化迅速，未来基于 Cell的系统可能会迅速替代 PC 集群。 另外的超级计算应用需要大量的内部通讯，因此在 PC集群上运行效果不佳。 Top500上没有将这部分评价单独出来，但是确实有这样一个使用大机柜系统，一度被 Cray统治， PC集群尚不得门而入的领域。 Cell具有高速的通讯连接，这使得他非常适合于这类领域，虽然大量 Cell的协同工作还需进一步的工程工作。 Cell不仅仅会取代 PC 集群，在集群失败的领域也可一展身手。 如果 Cell具有 64位乘加指令（如果没有的话就太奇怪了）， 8000个 Cell就可以实现 PetaFlop，这是一个难以打破的记录。 【这里考虑的是双精度浮点，单精度浮点的能力是双精度浮点的 10倍。 不过用乘加指令来 Double Flops性能不 太道义】 服务器 这是一个再多可向量化都不能使人惊讶的领域。 然而 XML和类似的处理似乎都无法从 SPE中获得帮助，而存储结构会更有用（这也是 XML如此令人惊奇的低效的原因）。 但是服务器通常要在后台数据库上做很多工作。 针对包含实际数据的商用数据库的研究发现他们可以从 GPU的运行中获益。 当然这部分应用也可以通过 Cell加速。 因此 Cell可以使服务器受益。 流处理应用 与通常的处理器最大的一个不同就是 Cell中的 SPE可以被串联起来构成一个流处理器。 一个流处理器获得一个数据流，并按照一系列的步骤来处理。 其中的每一个步骤可以通过不同的 SPE完成，甚至不同 Cell中的不同 SPE。 例子：数字电视接收器 用观看数字电视所需的机顶盒作为流处理的例子，实际上整个过程要比播放 MPEG影片包含更多复杂的处理。 下面包含了你在观看一部最新的星际迷航记使所需要做的处理工作： a. COFEM解调 b. 纠错 c. 信号分离 d. 反扰频 Descrambling e. MPEG视频解码 f. MPEG音频解码 g. MPEG缩放 h. 显示构建 i. 对比度和亮度处理 这些操作通常由定制硬件和专用 DSP结合来完成。 当然他们也可以用软件来实现，但即使并不是全部由硬件完成计算也需要一颗性能相当强劲的处理器－而这仅仅是标准 MPEG2定义所需要的处理。 HDTV需要大得多的处理能力。 和定制的芯片比较起来通用处理器要低效很多，虽然专用芯片开发起来相当复杂，昂贵，但是巨大的需求量可以降低价格并且可以使功耗降到最小。 上面的任务都使可以被向量化的，并且按照可以流化的一个顺序进行。 一个 Cell处理器可以被建立用一个或者多个 SPE来 执行每一个步骤，这意味这无需再开发专用芯片并且可用软件支持新的标准。 Cell能力强大到单个 Cell芯片就足够完成全部处理，即使以高清晰的标准来看也是一样。 Toshiba计划在自己的 HDTV产品中使用 Cell。 不可加速的应用 仍然有很多应用不能被 Cell处理器加速，。