為數(shù)據(jù)中心打造的高級芯片Piton 到底有什么特別之處？

　　在8月23日的舊金山Hot Chips大會上，普林斯頓大學(xué)的研究人員公布了其名為“Piton ”的25核處理器芯片的細(xì)節(jié)，并提出用8000個Piton塞滿一臺計算機(jī)，打造成20萬內(nèi)核總數(shù)計算機(jī)的非凡構(gòu)想。一般個人計算機(jī)的芯片只有4～8個內(nèi)核，而Piton為大型數(shù)據(jù)中心支持大流量數(shù)據(jù)、具有高度可擴(kuò)展性、能夠支持多個處理器核心等特點量身打造。20萬內(nèi)核計算機(jī)的構(gòu)想如果真的實現(xiàn)，就要看哪一家廠商愿意使用它了。

　　Piton可以大幅度提高運(yùn)算數(shù)據(jù)并節(jié)省能耗，其構(gòu)造上具有出色的可擴(kuò)展性，這意味著幾千個這樣的芯片可組合起來，構(gòu)成一個具有數(shù)百萬個處理器的整體系統(tǒng)。

　　普林斯頓大學(xué)的教授David Wentzlaff說道：“在Piton制作工程中，我們重新思考了計算機(jī)的架構(gòu)，專門為數(shù)據(jù)中心和云打造這樣一個特殊的芯片。這是目前學(xué)術(shù)界制作的最大的芯片之一，它可以更有效地運(yùn)行，并且更便宜。”

　　Piton是Wentzlaff和他的學(xué)生們多年來共同努力的成果，目前的版本是6mm x 6mm的面積，包含4.6億個晶體管，每一個晶體管只有32納米長，除了用電子顯微鏡，肉眼根本無法可見這些晶體管。

　　總的來說，Piton有以下三大特點：

　　“執(zhí)行破風(fēng)”

　　Piton的設(shè)計專注于挖掘同一個芯片上運(yùn)行程序的共性。其中一種方法被稱作是“執(zhí)行破風(fēng)”(Execution Drafting)，這很類似于在自行車比賽中，車手們組成特定的隊形，利用領(lǐng)騎手破風(fēng)所形成的氣流(Drafting)，以此減少阻力節(jié)省能量。

　　在一個數(shù)據(jù)中心里，通常多個用戶運(yùn)行的程序依賴著相似的處理器操作。Piton的內(nèi)核們可以識別出這些程序之間的關(guān)系，并且連續(xù)執(zhí)行相同的指令，所以內(nèi)核們一個接一個地循環(huán)運(yùn)行，就像是一列賽車手一樣。研究人員表示，這樣運(yùn)行的效果是，比起普通的內(nèi)核，可以提高大約20%的能效。

　　流量整形器

　　一般來說，多個程序相互擠占計算機(jī)內(nèi)存。Piton會有一個內(nèi)存流量整形器(Memory-traffic Shaper)，這個功能就像是一個在繁忙的十字路口的“流量警察”，它評估每一個程序的需要，相應(yīng)地調(diào)整它們的內(nèi)存請求，指揮程序們順暢流通，避免發(fā)生堵塞。與傳統(tǒng)分配方法相比，這個可以讓芯片的性能提高18%。

　　高效的緩存管理

　　Piton芯片本身的內(nèi)存管理也十分高效。這種內(nèi)存，就是通常所說的“緩存”。在大多數(shù)的設(shè)計中，一個芯片的所有內(nèi)核都會共享緩存，但是這種策略在多個內(nèi)核要獲得并修改緩存的時候，就會出現(xiàn)沖突的問題。Piton并未采取這種共享的方法，而是給緩存的區(qū)域和特定的內(nèi)核分配了不同的用途。研究人員表示，這樣一來，每個芯片的效率能夠提升29%，而且當(dāng)一個數(shù)據(jù)中心里數(shù)百萬的內(nèi)核一起運(yùn)行的時候，系統(tǒng)的效率還會成倍增加。

　　研究人員表示，這些經(jīng)過改善的特性，與現(xiàn)存的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)保持一致，可以應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中。為了促進(jìn)Piton的發(fā)展和應(yīng)用，普林斯頓大學(xué)已經(jīng)把Piton的設(shè)計開源，公眾和研究人員都可以點擊這個網(wǎng)站獲得相關(guān)信息。