性能爆表！Intel全新處理器可以131072顆互連

近日，在美國加利福尼亞舉行的Hot CHIPS會議上，Intel展示了一款代號為“Piuma”的具有1TB/s硅光子互連的8核528線程處理器，旨在用于處理最大的分析工作負(fù)載。

7nm工藝8核心528線程

據(jù)介紹，Piuma芯片基于臺積電7nm FinFET工藝制造(如果你不知道的話，Intel在臺積電制造了很多非CPU產(chǎn)品，而且已經(jīng)有很多年了)，它有八個核，每個核具有66個線程，總共528線程，晶體管數(shù)量超過276億個。

△芯片中心的一個重要部分專門用于路由器，這些路由器控制從共封裝光學(xué)器件流入的數(shù)據(jù)流

需要指出的是，該芯片并不是基于x86架構(gòu)的，它是專門為DARPA(美國國防高級研究計劃局的分層身份驗證漏洞(HIVE)程序使用自定義RISC架構(gòu)構(gòu)建的。

美國的這項軍事舉措旨在開發(fā)一種圖形分析處理器，該處理器能夠以比傳統(tǒng)計算架構(gòu)快100倍的速度處理流式數(shù)據(jù)，同時功耗更低。

雖然這對DARPA來說可能是一件奇怪的事情，但該政府機(jī)構(gòu)認(rèn)為大規(guī)模圖形分析在基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)安全方面有應(yīng)用。

Intel首席工程師Jason Howard在他的Hot Chips演示中指出的應(yīng)用例子是社交網(wǎng)絡(luò)，它可以運行圖形分析工作負(fù)載來了解成員之間的聯(lián)系。

這項創(chuàng)建大規(guī)模并行圖形處理和互連芯片項目時間起源于2017年，Intel被選為制造 HIVE 處理器的供應(yīng)商，麻省理工學(xué)院的林肯實驗室和亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)被選為基于此類處理器的系統(tǒng)創(chuàng)建和托管萬億邊圖形數(shù)據(jù)集以供分析。

雖然Intel曾在2019和2022年對于“Piuma”處理器進(jìn)行過一些介紹，但是在本周的Hot CHIPS大會上，Intel首席工程師Jason Howard進(jìn)一步詳解了Piuma處理器和系統(tǒng)，其中包括Intel與 Ayar Labs 合作創(chuàng)建的光子互連技術(shù)，用于將大量處理器連接在一起。

在2012年，超級計算機(jī)制造商Cary推出的XMT系列就是一個巨大的共享內(nèi)存線程的怪物，非常適合圖形分析。

它擁有多達(dá) 8,192 個處理器，每個處理器有 128 個以 500 MHz 運行的線程，插入 Opteron 8000 使用的 AMD Rev F 插槽系列 X86 CPU 全部與定制的“SeaStar2+”環(huán)面互連捆綁在一起，該互連提供 105 萬個線程和 512 TB 共享主內(nèi)存，供圖形發(fā)揮作用。

就 Linux 系統(tǒng)而言，這看起來就像一個單一的 CPU。

The nextplatform認(rèn)為，“Piuma”處理器就像是再次將舊的東西變成新的，雖然處理器本身比較普通，但其使用的硅光子互連技術(shù)更好，想必性價比也是如此。

也許Intel會將這個Piuma系統(tǒng)商業(yè)化，并真正改變一切。

全新的內(nèi)存架構(gòu)設(shè)計Jason Howard表示，當(dāng)Intel開始設(shè)計“Piuma”處理器時，從事 HIVE 項目的研究人員意識到圖形處理不僅是大規(guī)模并行，這意味著可能有一些方法可以利用這種并行性來提高圖形分析的性能。

當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn) X86 處理器上運行時，圖形數(shù)據(jù)庫的緩存行利用率非常低，在圖形數(shù)據(jù)庫運行的 80% 以上的時間里，72 字節(jié)緩存行中只有 8 字節(jié)或更少被使用。指令流中的大量分支給 CPU 管道帶來了壓力，而內(nèi)存子系統(tǒng)也因依賴負(fù)載的長鏈而承受了很大的壓力，這對 CPU 上的緩存造成了很大的影響。

Piuma芯片有四個管道，每個管道有 16 個線程(稱為 MTP)，還有兩個管道，每個管道有一個線程(稱為 STP)，其性能是MTP中一個線程的8倍。處理核心基于定制的RISC指令集，但是并未明確具體情況。

Jason Howard在他的Hot Chips演示中解釋道：“所有的管道都使用自定義ISA，它類似于RISC，是一個固定的長度?！? “每個管道都有32個可用的物理寄存器。我們這樣做是為了方便您在任何管道之間遷移計算線程。因此，也許我開始在一個多線程管道上執(zhí)行，如果我發(fā)現(xiàn)它花費了太長時間，或者可能是最后一個可用的線程，我可以快速遷移到我的單線程管道上，以獲得更好的性能。

STP 和 MTP 單元通過交叉開關(guān)連接，并具有組合的 192 KB L1 指令和 L1 數(shù)據(jù)緩存，并且它們鏈接到比 L2 緩存更簡單的共享 4 MB 暫存器 SRAM 存儲器。

每個Piuma芯片都有 8 個活動核心，每個核心都有自己定制的 DDR5 內(nèi)存控制器，該控制器具有 8 字節(jié)訪問粒度，而不是像普通 DDR5 內(nèi)存控制器那樣具有 72 字節(jié)訪問粒度。每個插槽都有 32 GB 的定制 DDR5-4400 內(nèi)存。

Jason Howard解釋說，Piuma芯片所采用的新穎的內(nèi)存架構(gòu)，這是優(yōu)化圖形分析工作負(fù)載的一個重要內(nèi)容。這些芯片與32GB DDR5-4400內(nèi)存配對，通過允許8字節(jié)訪問粒度的自定義內(nèi)存控制器進(jìn)行訪問。

根據(jù)Jason Howard的說法，這是有利的，因為“每當(dāng)我們從內(nèi)存中取出一條數(shù)據(jù)線時，我們都會嘗試?yán)盟械臄?shù)據(jù)線，而不是扔掉7/8的數(shù)據(jù)線?！?