Desarrollos en paralelo con la misma facilidad para la GPU y el CPU

Por Nebojsa Novakovic

Los desafíos y el potencial de procesamiento multi-core

En los últimos años, los diseñadores de microprocesadores comenzaron a golpear contra  las limitaciones de la arquitectura de un solo núcleo. Así que hicieron el cambio a la alta eficiencia energética multi-core de los diseños. Ahora se están ejecutando en contra de las limitaciones de este formato, la programación de procesadores multi-core se vuelve cada vez más complejo. Un camino a seguir es combinar sinérgicamente el potencial de la CPU y unidades de GPU. Sin embargo, la integración de dos unidades de potencia de procesamiento muy altas, con los diferentes  requisitos de rendimiento y ancho de banda puede plantear desafíos interesantes para la arquitectura general del sistema.

AMD está proponiendo para resolver estos problemas con una combinación de soluciones de hardware y a nivel de sistema herramientas de programación, dando comienzo a una nueva era de lo que se conoce como la computación heterogénea.

La promesa de la arquitectura de sistemas heterogéneos (HSA)

Si bien se ha reconocido desde hace tiempo que las GPU se pueden utilizar para hacer el procesamiento paralelo, la tarea del programador ha sido difícil, si no es extraordinario. Ahí es donde la arquitectura de sistemas heterogéneos de AMD (HSA) entra en juego HSA permite una nueva forma de programar aplicaciones que utilizan la GPU que pueden hacer que sea más fácil para los programadores de la corriente principal.  HSA de AMD es un enfoque de solución completa, permitiendo a los programadores principales para escribir el código de procesamiento en paralelo con la misma facilidad para la GPU y el CPU. Y en algunos casos, el código puede ser capaz de ejecutar en la CPU o GPU, basada en los recursos del sistema.

Una forma en que HSA puede ayudar a resolver el problema, es proporcionando un espacio de direcciones unificada para la CPU y la GPU. Con HSA, GPU apoyar a las tablas de la misma página uso CPU x86 para el mapeo de las páginas de memoria de programa a la memoria física. Ahora GPU puede utilizar un mapa de memoria mucho más grande y más importante, un puntero suele ser el mismo para el código que se ejecuta en la CPU y el código que se ejecuta en la GPU. Esta última permite una copia de los datos que existen en la memoria y la CPU y la GPU puede actuar en consecuencia. El programador no tiene que manejar dos o más copias de los mismos datos. Este diseño también ayuda a mejorar el rendimiento debido a que ya no es necesario para hacer copias y mantenerlos sincronizados.

AMD propone una arquitectura de plataforma abierta para la HSA con las especificaciones publicadas. HSA tiene un ISA virtual conocido como HSAIL (HSA Intermediate Language), un modelo de memoria, y una especificación del sistema.AMD está trabajando con el hardware, sistema operativo, herramientas, y las compañías de aplicaciones para formar una base de HSA para guiar el desarrollo arquitectónico en el futuro.

Entre los programadores de los que hablo, hay un gran entusiasmo en ser capaz de conseguir que un enorme potencial sin explotar el rendimiento de la GPU a través de la HSA en una manera fácil y transparente, algo que era difícil, si no imposible, hasta ahora

La combinación de la CPU y la GPU: Con lo que el APU a la vida

Una fusión de hardware de la CPU y la GPU de AMD, las Unidades de Procesamiento Acelerado (APUs) proporcionan a nivel de hardware optimizada integración de estas dos unidades de procesamiento. En el momento de la AMD Fusion ¹² Cumbre de Desarrolladores (11 a 14 junio, 2012), AMD ha introducido “Trinidad”, una segunda generación de APU en el mercado, junto con los dos de la primera generación de productos de AMD de la Serie A y C y E de AMD Serie APU con nombre código “Llano” y “Brazos”.

Los “Brazos”, basada en AMD y C APU E-Series combinan una energía de la CPU de ultra bajo de doble núcleo con un nivel de entrada AMD Radeon ™ GPU. Las variantes de estos APU se dirigen a las tablets, cuadernos, libretas sin ventilador de nivel de entrada y equipos de escritorio de nivel básico. El “Llano”, en base AMD de la Serie A APU combina dos o cuatro “Husky” núcleos de CPU con una gama media de AMD Radeon ™ HD 6500-serie discreta-GPU de clase. Los núcleos de Husky son la próxima generación de los núcleos de la popular procesador AMD Phenom ™ serie de procesadores de AMD CPUs. La “Trinidad”-en base AMD de la serie A-variantes portátiles de destino y de escritorio, la corriente principal con el bien y el rendimiento de la CPU líder de la industria gráfica integrada y capacidades de video.

Las tres familias de AMD APU se beneficiarán de la velocidad mucho mayor de las comunicaciones entre la CPU y la GPU. Tanto el ancho de banda y la latencia de respuesta se mejoran. Toda la memoria DDR3, gráficos DirectX 11, y han creado un hardware dedicado para la reproducción de vídeo. AMD C y E-Series tiene un solo canal de memoria, mientras que AMD de la Serie A, tanto para Llano y de la Trinidad tiene soporte de doble canal de memoria. Para controlar totalmente los requisitos de ancho de banda de memoria de las unidades más grandes de la GPU en la Serie A del Llano y de la Trinidad, las velocidades de memoria DDR3 de hasta 1600 y 1866 son compatibles, respectivamente.

(…)

Tomando el APU más

Un potente GPU estrechamente ligada a la CPU no sólo las aplicaciones de las prestaciones de gráficos 3D, sino también con las aplicaciones de computación en paralelo intenso. Los ejemplos incluyen el cálculo ultrarrápido gran hoja de cálculo, la manipulación de bases de datos, y la creación de medios de comunicación. En la escala más grande, una propagación APU potencia de la máquina petaflop podría permitir a la supercomputación más asequible y análisis de datos grande para muchos más usuarios. Un superordenador basado en APU podría alcanzar su punto flotante de calificación de desempeño en un tercio el poder de lo acostumbrado puramente para un procesador x86, una gran ventaja cuando se combina con el software adecuado.

Mirando hacia el futuro

El APU AMD y los enfoques de la HSA son revolucionarios a los programadores y los usuarios. AMD cambia la arquitectura no sólo la arquitectura de procesador de la PC, pero el diseño del sistema. Eso puede no ser obvia cuando se mira en los APU de primera generación. Sin embargo, como AMD APU desarrolla el beneficio está destinado a ser evidente.

El modelo de programación HSA  abrirá un nuevo mundo de oportunidades para los programadores, desafiándolos a aprovechar el potencial de rendimiento de nuevo. Las interdependencias más complejas y se beneficia de que la integración también se requieren los integradores de sistemas y diseñadores a pensar más en la maximización de la competitividad de sus sistemas. Con el tiempo, los beneficios de la APU debería extenderse de arriba a abajo, desde la computadora al smartphone.

Sobre el autor: Con sede en Singapur, Nebojsa Novakovic es un asesor estratégico de VR-Zone.com, Asia Pacífico para el editor de TheInquirer.net, y escribe con frecuencia sobre la gama alta de arquitectura de computación, el sistema, los procesadores, gráficos en 3-D y temas relacionados .

¿Listo para aprender más? Fusion de AMD ¹² Developer Summit reúne a expertos de la industria en el mundo de la informática heterogénea. Lugar: 11 a 14 junio, 2012, en Bellevue, Washington, el evento ofrece contenido profundo, accionable a través de diez pistas, que abarca la informática heterogénea en lo que respecta a la multimedia, gráficos, el cloud computing, la seguridad, los datos de los grandes, y mucho más. Si usted es responsable de la planificación o desarrollo, usted encontrará las herramientas, conocimientos y recursos que necesita para tomar ventaja de esta nueva era de la informática. Obtenga más información en amd.com o AFDS .

Fuente: HPCWire