Войти
Гетерогенная системная архитектура (HSA ) - это набор спецификаций от разных поставщиков, который позволяет интеграция центральных процессоров и графических процессоров на одной шине, с общей памятью и задачами. HSA разрабатывается HSA Foundation, которая включает (среди многих других) AMD и ARM. Заявленная цель платформы - уменьшить задержку связи между процессорами, графическими процессорами и другими вычислительными устройствами и сделать эти различные устройства более совместимыми с точки зрения программиста, освобождая программиста от задачи планирования перемещение данных между непересекающейся памятью устройств (как в настоящее время должно быть сделано с OpenCL или CUDA ).
CUDA и OpenCL, а также большинство других достаточно продвинутых языков программирования могут использовать HSA для увеличения их выполнения Гетерогенные вычисления широко используются в устройствах «система на кристалле», таких как планшеты, смартфоны, другие мобильные устройства и игровые приставки. HSA позволяет программам использовать графический процессор для вычислений с плавающей запятой без отдельной памяти или планирования.
Обоснование HSA - облегчить бремя программистов при выгрузке вычислений на GPU. Первоначально разработанная AMD и называемая FSA, идея была расширена и теперь включает в себя не только графические процессоры, но и другие процессоры, такие как DSP других производителей.
Шаги, выполняемые при выгрузке вычислений в GPU в системе без HSA
Шаги, выполняемые при выгрузке вычислений на GPU в системе HSA с использованием функциональности HSA
Современные графические процессоры очень хорошо подходит для выполнения одной инструкции, нескольких данных (SIMD) и одной инструкции, нескольких потоков (SIMT), в то время как современные процессоры все еще оптимизируются для ветвления. и т. д.
Первоначально представленный встроенными системами, такими как Cell Broadband Engine, совместное использование системной памяти напрямую между несколькими участниками системы делает разнородные вычисления более мейнстрим. Сами по себе гетерогенные вычисления относятся к системам, которые содержат несколько блоков обработки - центральные блоки обработки (ЦП), блоки обработки графики (графические процессоры), процессоры цифровых сигналов (DSP) или любой тип специализированных интегральных схем (ASIC). Архитектура системы позволяет любому ускорителю, например графическому процессору , работать на том же уровне обработки, что и ЦП системы.
Среди своих основных функций HSA определяет единое виртуальное адресное пространство для вычислительных устройств: там, где графические процессоры традиционно имеют свою собственную память, отдельную от основной (ЦП) памяти, HSA требует, чтобы эти устройства совместно использовать таблицы страниц, чтобы устройства могли обмениваться данными, разделяя указатели. Это должно поддерживаться пользовательскими модулями управления памятью. Для обеспечения возможности взаимодействия, а также для облегчения различных аспектов программирования, HSA предназначен для ISA -агностики как для процессоров, так и для ускорителей, а также для поддержки языков программирования высокого уровня.
На данный момент спецификации HSA охватывают:
Промежуточный уровень HSA (HSAIL), набор виртуальных команд для параллельных программ
Мобильные устройства являются одной из областей применения HSA, в которой он обеспечивает повышенную энергоэффективность.
Блок-схемы ниже представляют собой общие иллюстрации о том, как работает HSA и как он соотносится с традиционными архитектурами.
Стандартная архитектура с дискретным графическим процессором, подключенным к шине PCI Express. Нулевое копирование между GPU и CPU невозможно из-за разницы в физической памяти.
HSA обеспечивает единую виртуальную память и упрощает передачу указателей через PCI Express вместо копирования всех данных.
В разделенной основной памяти одна часть системной памяти выделяется исключительно графическому процессору. В результате операция нулевого копирования невозможна.
Единая основная память, ставшая возможной благодаря комбинации GPU и CPU с поддержкой HSA. В результате можно выполнять операции с нулевым копированием.
И MMU ЦП, и IOMMU ГП должны соответствовать техническим характеристикам оборудования HSA.
Графические процессоры AMD содержат определенные дополнительные функциональные блоки, предназначенные для использования в рамках HSA. В Linux драйвер ядра amdkfd обеспечивает необходимую поддержку. Некоторые из специфических для HSA функций, реализованных в оборудовании, должны поддерживаться ядром операционной системы и конкретными драйверами устройств. Например, была объединена поддержка видеокарт AMD Radeon и AMD FirePro и APU на основе Graphics Core Next (GCN). в версию 3.19 основной ветки ядра Linux, выпущенную 8 февраля 2015 года. Программы не взаимодействуют напрямую с amdkfd, но ставят свои задания в очередь, используя среду выполнения HSA. Эта самая первая реализация, известная как amdkfd, ориентирована на APU «Kaveri» или «Berlin» и работает вместе с существующим графическим драйвером ядра Radeon.
Кроме того, amdkfd поддерживает гетерогенную организацию очередей (HQ), которая направлена на упрощение распределения вычислительных заданий между несколькими CPU и GPU с точки зрения программиста. Поддержка управления гетерогенной памятью (HMM), подходящая только для графического оборудования с версией 2 IOMMU AMD, была принята в основной версии ядра Linux версии 4.14.
Интегрированная поддержка платформ HSA имеет было объявлено о выпуске Sumatra OpenJDK, который должен выйти в 2015 году.
AMD APP SDK - это проприетарный комплект разработки программного обеспечения AMD, предназначенный для параллельных вычислений, доступный для Microsoft Windows и Linux. Bolt - это библиотека шаблонов C ++, оптимизированная для гетерогенных вычислений.
GPUOpen включает пару других программных инструментов, связанных с HSA. CodeXL версия 2.0 включает профилировщик HSA.
По состоянию на февраль 2015 г., только APU AMD Kaveri серии A (см. настольные процессоры Kaveri и мобильные процессоры Kaveri ) и Sony PlayStation 4 позволяли встроенному графическому процессору получать доступ к памяти через версию 2 IOMMU AMD. Более ранние APU (Trinity и Richland) включали функциональность IOMMU версии 2, но только для использования внешним графическим процессором, подключенным через PCI Express.
APU Carrizo и Bristol Ridge после 2015 года также включают функциональность IOMMU версии 2 для встроенный графический процессор.
В следующей таблице показаны характеристики AMD APU (см. также: Список ускоренных процессоров AMD ).
[] [| Codename | Server | Basic | Toronto | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Micro | Kyoto | |||||||||||||||||
| Desktop | Mainstream | Carrizo | Bristol Ridge | Raven Ridge | Picasso | Renoir | ||||||||||||
| Entry | Llano | Trinity | Richland | Kaveri | ||||||||||||||
| Базовый | Kabini | |||||||||||||||||
| Mobile | Performance | Renoir | ||||||||||||||||
| Mainstream | Llano | Trinity | Richland | Kaveri | Carrizo | Bristol Ridge | Рэйвен Ридж | Пикассо | ||||||||||
| Запись | Дали | |||||||||||||||||
| Базовый | Десна, Онтарио, Закате | Кабини, Темаш | Бима, Маллинс | Карризо-Л | Стони Ридж | |||||||||||||
| Встроенный | Тринити | Белоголовый орлан | Мерлин Сокол,. Бурый сокол | Большая рогатая сова | Онтарио, Закате | Кабини | Степной орел, Crowned Eagle,. Семейство LX | Калифорнийский сокол | Полосатая пустельга | |||||||||
| Платформа | Высокая, стандартная и низкая мощность | Низкая и сверхнизкая мощность | ||||||||||||||||
| Выпущено | авг.2011 | окт 2012 | июн 2013 | янв 2014 | июн 2015 | Июн 2016 | октябрь 2017 | янв 2019 | март 2020 | янв 2011 | май 2013 | апр 2014 | май 2015 | февраль 2016 | апр 2019 | |||
| CPU микроархитектура | K10 | Piledriver | Steamroller | Excavator | "Экскаватор + " | Zen | Zen + | Zen 2 | Bobcat | Jaguar | Puma | Puma + | "Экскаватор + " | Zen | ||||
| ISA | x86-64 | x86-64 | ||||||||||||||||
| Socket | Desktop | High-end | N / A | N / A | ||||||||||||||
| Mainstream | Н / Д | AM4 | ||||||||||||||||
| Запись | FM1 | FM2 | FM2 + | Н / Д | ||||||||||||||
| Базовый | Н / Д | Н / Д A | AM1 | Н / Д | ||||||||||||||
| Другое | FS1 | FS1 +, FP2 | FP3 | FT1 | FT3 | FT3b | ||||||||||||
| PCI Express версия | 2.0 | 3.0 | 2.0 | 3.0 | ||||||||||||||
| Fab. (nm ) | GF 32SHP. (HKMG SOI ) | GF 28SHP . (HKMG навалом) | GF 14LPP. (FinFET навалом) | GF 12LP. (навалом FinFET) | TSMC N7. (навалом FinFET) | TSMC N40. (навалом) | TSM C N28. (HKMG навалом) | GF 28SHP. (HKMG bulk) | GF 14LPP. (FinFET навалом) | |||||||||
| Площадь штампа (мм) | 228 | 246 | 245 | 245 | 250 | 210 | 156 | 75 (+ 28 FCH ) | 107 | ? | 125 | 149 | ||||||
| Min TDP (Вт) | 35 | 17 | 12 | 10 | 4,5 | 4 | 3,95 | 10 | 6 | |||||||||
| Макс.APU TDP (W) | 100 | 95 | 65 | 18 | 25 | |||||||||||||
| Макс.базовая частота базового APU (ГГц) | 3 | 3,8 | 4,1 | 4,1 | 3,7 | 3,8 | 3,6 | 3,7 | 3,8 | 1,75 | 2,2 | 2 | 2,2 | 3,2 | 3,3 | |||
| Макс. Количество APU на узел | 1 | 1 | ||||||||||||||||
| Макс. ЦП ядер на APU | 4 | 8 | 2 | 4 | 2 | |||||||||||||
| Макс. потоков на ядро ЦП | 1 | 2 | 1 | 2 | ||||||||||||||
| Целочисленная структура | 3 + 3 | 2 + 2 | 4+2 | 4+2+1 | 1+1+1+1 | 2+2 | 4 + 2 | |||||||||||
| i386, i486, i586, CMOV, NOPL, i686, PAE, NX bit, CMPXCHG16B, AMD-V, RVI, ABM и 64-битный LAHF / SAHF |  | | ||||||||||||||||
| IOMMU | Н / Д | | ||||||||||||||||
| BMI1, AES-NI, CLMUL, и F16C | Н / Д | | ||||||||||||||||
| MOVBE | Н / Д | | ||||||||||||||||
| AVIC, BMI2 и RDRAND | Н / Д | | ||||||||||||||||
| ADX, SHA, RDSEED, SMAP, SMEP, XSAVEC, XSAVES, XRSTORS, CLFLUSHOPT и CLZERO | Н / Д | | Н / Д | | ||||||||||||||
| WBNOINVD, CLWB, RDPID, RDPRU и MCOMMIT | Н / Д | | Н / Д | |||||||||||||||
| FPU на core | 1 | 0,5 | 1 | 1 | 0,5 | 1 | ||||||||||||
| Количество каналов на FPU | 2 | 2 | ||||||||||||||||
| Ширина канала FPU | 128-бит | 256-бит | 80-бит | 128-битный | ||||||||||||||
| CPU набор команд SIMD level | SSE4a | AVX | AVX2 | SSSE3 | AVX | AVX2 | ||||||||||||
| 3DNow! | 3DNow! + | Н / Д | Н / Д | |||||||||||||||
| PREFETCH / PREFETCHW | | | ||||||||||||||||
| FMA4, LWP, TBM и XOP | N/A | | N/A | N / A | | N / A | ||||||||||||
| FMA3 | | | ||||||||||||||||
| L1 кэш данных на ядро (KiB) | 64 | 16 | 32 | 32 | ||||||||||||||
| Кэш данных L1 ассоциативность (способы) | 2 | 4 | 8 | 8 | ||||||||||||||
| Кеши инструкций L1 на ядро | 1 | 0,5 | 1 | 1 | 0,5 | 1 | ||||||||||||
| Максимальный общий кэш инструкций L1 APU (КиБ) | 256 | 128 | 192 | 256 | 512 | 64 | 128 | 96 | 128 | |||||||||
| Кэш инструкций L1 ассоциативность (способы) | 2 | 3 | 4 | 8 | 2 | 3 | 4 | |||||||||||
| кешей L2 на ядро | 1 | 0,5 | 1 | 1 | 0,5 | 1 | ||||||||||||
| Макс.общий кэш L2 APU (MiB) | 4 | 2 | 4 | 1 | 2 | 1 | ||||||||||||
| кэш L2 ассоциативность (способы) | 16 | 8 | 16 | 8 | ||||||||||||||
| APU total L3 cache (MiB) | N / A | 4 | 8 | N / A | 4 | |||||||||||||
| APU L3 cache ассоциативность (способы) | 16 | 16 | ||||||||||||||||
| Схема кэша L3 | Жертва | Н / Д | Жертва | Жертва | ||||||||||||||
| Максимальный запас DRAM поддержка | DDR3-1866 | DDR3-2133 | DDR3-2133, DDR4-2400 | DDR4-2400 | DDR4-2933 | DDR4-3200, LPDDR4-4266 | DDR3L-1333 | DDR3L-1600 | DDR3L-1866 | DDR3-1866, DDR4-2400 | DDR4-2400 | |||||||
| Макс. каналов DRAM на APU | 2 | 1 | 2 | |||||||||||||||
| Макс. Запас DRAM пропускная способность (ГБ / с) на APU | 29,866 | 34,132 | 38,400 | 46,932 | 68,256 | 10,666 | 12,800 | 14,933 | 19.200 | 38.400 | ||||||||
| GPU микроархитектура | TeraScale 2 (VLIW5) | TeraScale 3 (VLIW4) | GCN 2-го поколения | GCN 3-го поколения | GCN 5-го поколения | TeraScale 2 (VLIW5) | GCN 2-го поколения | GCN 3-го поколения | GCN 5-го поколения | |||||||||
| GPU набор команд | TeraScale набор команд | набор команд GCN | TeraScale набор команд | Набор команд GCN | ||||||||||||||
| Максимальная базовая частота графического процессора (МГц) | 600 | 800 | 844 | 866 | 1108 | 1250 | 1400 | 2100 | 538 | 600 | ? | 847 | 900 | 1200 | ||||
| Макс. Базовая база графического процессора GFLOPS | 480 | 614,4 | 648.1 | 886,7 | 1134,5 | 1760 | 1971,2 | 2150,4 | 86 | ? | ? | ? | 345,6 | 460,8 | ||||
| 3D-движок | До 400: 20: 8 | До 384: 24: 6 | До 512: 32: 8 | До 704: 44: 16 | До 512:?:? | 80: 8: 4 | 128: 8: 4 | До 192:?:? | До 192:?:? | |||||||||
| IOMMUv1 | IOMMUv2 | IOMMUv1 | ? | IOMMUv2 | ||||||||||||||
| Видеодекодер | UVD 3.0 | UVD 4.2 | UVD 6.0 | VCN 1.0 | VCN 2.0 | UVD 3.0 | UVD 4.0 | UVD 4.2 | UVD 6.0 | UVD 6.3 | VCN 1.0 | |||||||
| Видеокодер | Н / Д | VCE 1.0 | VCE 2.0 | VCE 3.1 | Н / Д | VCE 2.0 | VCE 3.1 | |||||||||||
| Энергосбережение графического процессора | PowerPlay | PowerTune | PowerPlay | PowerTune | ||||||||||||||
| TrueAudio | Н / П | | Н / Д | | ||||||||||||||
| FreeSync | 1. 2 | 1. 2 | ||||||||||||||||
| HDCP | ? | 1.4 | 1.4. 2.2 | ? | 1.4 | 1.4. 2.2 | ||||||||||||
| PlayReady | Н / Д | 3.0 еще нет | Н / Д | 3.0 еще нет | ||||||||||||||
| Поддерживаемые дисплеи | 2–3 | 2– 4 | 3 | 3 (настольный компьютер). 4 (мобильный, встроенный) | 4 | 2 | 3 | 4 | ||||||||||
/ drm / radeon | | н / д | | н / д | ||||||||||||||
/ drm / amdgpu | н / д | | | Н / Д | | | ||||||||||||
Микроархитектура ARM Bifrost, реализованная в Mali-G71, полностью соответствует техническим характеристикам оборудования HSA 1.1. По состоянию на июнь 2016 года ARM не объявила о поддержке программного обеспечения, которое использовало бы эту аппаратную функцию.
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Архитектура гетерогенной системы. |
