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存储新时代:利用RISC-V和内存结构实现开放式计算

2018-07-11 15:41:38 来源:半导体器件应用网

【大比特导读】在过去的几年里,我们目睹了数据的一系列巨大变化,包括数据如何被生成、处理以及进一步利用以获取额外的价值和智能。

新一代以数据为中心的计算

未来的架构将需要部署开放接口,以连接到持久性内存以及接入计算加速器并支持高速缓存一致性的快速总线(例如TileLink、RapidIO®、OpenCAPI™和Gen-Z),以期大幅度提高性能,而且使所有设备共享内存并减少不必要的数据移动。

利用RISC-V和内存结构实现开放式计算

图2:计算体系结构中的数据移动和访问

在图2a中,传统的计算体系结构由于把一条慢速外设总线用于快速存储器及计算加速设备,其能力已达到其极限。在图2b中,未来的计算体系结构采用了开放接口,能够为平台上所有的计算资源提供统一并支持高速缓存一致性的访问方式来访问共享持久内存,(这称为以数据为中心的体系结构)。在图2c中,所部署的设备能够使用相同的共享内存,从而减少了不必要的数据复制。

CPU 外围核心及网络接口控制器的作用将成为支持数据移动的关键因素。CPU外围核心组件必须支持密钥内存和永久内存接口(例如NVDIMM-P),也必须支持驻留在CPU附近的内存。还需要实施面向计算加速器、智能网络和远程持久内存的智能快速总线。这种总线上的任何设备(例如CPU、通用或专用计算加速器、网络适配器、存储器或内存)都可以包含其自己的计算资源并具有访问共享内存的能力(图2b和图2c)。

RISC-V技术正是优化数据移动的关键推动因素,因为它能够在所有的计算加速器设备上针对新的机器学习工作负载来执行矢量指令。它实现了多种开源CPU技术,能够支持开放内存和智能总线接口;且实现了以数据为中心具有一致性共享内存的体系结构。

利用RISC-V解决挑战

大数据和快速数据为未来的数据移动带来了挑战,也为RISC-V指令集架构(ISA)铺平了道路。这种架构开放的、模块化的方法非常适合用作以数据为中心的计算体系结构的基础。它提供了以下功能:

· 扩展边缘计算设备的计算资源

· 添加新的指令,例如用于机器学习工作负载的矢量指令

· 寻找非常接近于存储器和内存介质的小型计算内核

· 支持新型计算范式以及模块化芯片设计方法

· 支持新型以数据为中心的体系结构,其中所有的处理单元都可以透过一致的方式访问共享的持久内存,从而优化数据移动

RISC-V由超过100个组织机构的众多成员共同开发,这其中包含一个由软件和硬件创新者组成的协作性社区。这些创新者能够对ISA进行改编,使其适应特定的目的或项目。任何加入该组织的人都可以根据一份“Berkeley Software Distribution”(BSD软件发布)许可证来设计、制造和/或销售RISC-V芯片和软件。

结语

为了实现其价值和可能性,数据需要捕获、保存、访问并转换,以发挥其全部潜力。含有大数据和快速数据应用的环境已经使通用计算体系结构的处理能力相形见绌。未来以数据为中心的极端应用将需要针对特定用途设计的处理能力,以便以开放的方式支持数据资源的独立扩展。

拥有一套以在持久内存中存储的数据为中心的通用开放计算机体系结构,同时又能够让所有的设备发挥一定的计算作用,这是由新类型机器学习计算工作负载所推动的这些新型可扩展体系结构得以出现的关键因素。跨越云端及边缘设备各个部分的下一代应用都需要这种新型的低能耗处理方式,因为专门的计算加速处理器将能够专注于处理其手边的任务,从而能够减少来回移动数据所浪费的时间,或者能够执行与数据无关的额外计算。通过发挥数据的力量、潜力和可能性,人类、社会以及我们的星球都能够蓬勃发展。

作者:Zvonimir Bandic博士

西部数据公司, 研发工程部

新一代平台技术高级总监

本文由大比特资讯收集整理(www.big-bit.com)

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