AMD работи по идея за пълно интегриране на FPGA матрица в процесора
(снимка: CC0 Public Domain)
След като миналата година AMD приключи най-голямата си сделка – покупката на Xilinx за 35 милиарда долара, не закъсняха и първите ходове на чипейкъра в резултат на придобиването. AMD е подала заявка за патент на процесор с интегрирана FPGA (програмируема логическа матрица) – област, в която Xilinx е един от лидерите.
Конкурентът Intel вече има в портфолиото си Xeon Gold 6138P, състоящ се от класически процесор и FPGA, но това са два отделни кристала в един пакет, което се отразява на производителността и латентността, тъй като сложните операции, изпълнявани в FPGA, трябва да бъдат изведени от CPU, обработени в FPGA и след това резултатите върнати обратно в CPU, отбелязва TechPowerUp. Докато идеята на AMD е пълна интеграция на FPGA в процесора на ниво ядро.
Патентната заявка описва редица интересни функции, които компанията би могла да внедри в своя продукт. Така например, процесорът може да включва един или повече препрограмируеми изпълнителни блока (Reprogrammable Execution Units – PEU), тоест ще позволи мащабиране на производителността. Блокът за декодиране и диспечерът на CPU автоматично изпраща специализирани инструкции към съответните PEU.
PEU може също да ускорява работните натоварвания от тип Int (целочислени операции) или FP (операции с плаваща точка), ако е необходимо. В допълнение, PEU може да бъде виртуализиран, като същевременно се запазят функциите за сигурност на системата. Освен това PEU блоковете могат да се препрограмират в движение, без да се изключва системата.
AMD е на път да създаде процесор, който се обновява на хардуерно ниво. Така например, след време към него може да се добави поддръжка на нови инструкции. Тъй като FPGA е програмируема хардуерна логика, обикновена актуализация на фърмуера ще позволи на процесора да преконфигурира своя FPGA масив, така че да обработва нови, екзотични инструкции още с пускането им.
Друг аргумент за интеграцията на FPGA е, че по този начин някои части от силиция с фиксирани функции, срещани в днешните процесори за поддържане на стари x86 инструкции, могат да бъдат оставени извън матрицата, като за тях ще грижи FPGA – така ще се запази вграденото хардуерно ускоряване, когато се изискват тези инструкции.
Такъв подход би позволил на AMD да отреже от процесора „тъмния силиций”, който е наличен в момента – по същество, това са високоспециализирани блокове за хардуерно ускорение, които бездействат и само заемат пространство в матрицата, когато не се използват.
Резултатът ще бъде процесор с по-малко пространство в матрицата за тясно специализирани операции и повече за други ресурси (например повече ядра) и с интегрирани FPGA елементи, които биха могли да се преконфигурират в движение според нуждите.
И ако не се изискват екзотични операции, свързани с изкуствен интелект например, FPGA елементите могат просто да бъдат преконфигурирани, за да подсилят Int и FP изчисленията на процесора, увеличавайки наличните ресурси.
Със сигурност, патентната заявка на AMD е интересна. В крайна сметка обаче подобно решение едва ли е необходимо за потребителския пазар, така че с интеграцията на FPGA компанията вероятно се прицелва към пазара на специализирани процесори.
Интересни приложения са замислили от AMD, не може да им се отрече. Аз имах по-слаби очаквания.
Но, и изводът е напълно верен – на пазара на потребителска техника специализираните хардуерни модули имат далеч по-големи предимства – по-енергоефективни са, съществено по-бързи са от FPGA и гарантират, че няма да има застъпване на функции.
FPGA дава много добра гъвкавост, за разлика от специализираните модули. Но, какво става, когато се появи нуждата да бъдат пуснати 10 FPGA конфигурации за различните нужди на различните софтуерни пакети, които работят?
От всичко това следва простият и елементарен извод, че FPGA е приложим основно в среди, в които един софтуерен пакет натоварва целия процесор, и оптимизира използването на FPGA.
Това автоматично прави процесора интересен за обработка на масивни обеми данни (big data).
Но, е почти напълно безполезен за обикновените потребители.
За потребителския сектор далеч по-интересна е идеята, над която AMD започнаха работа преди около 4 години – процесор, който да изпълнява x86/64 и ARM инструкции.
Каквото и да правят, Интел няма да ги стигнат.
Добра е технологията и очевидно използваема, но това което не казват в статията е консумацията на енергия. Чиповете FPGA консумират много повече енергия от директната фиксирана реализация. Така на практика въпросните update-и на инструкциите при процесорите са само някакви твърде временни варианти.