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解析申威26010处理器结构(附:国产超算发展史)

神威·太湖之光的每个处理器卡有两片SW26010处理器,和一共64GB内存,长得像这样,每个处理器算一个计算节点,这样一块处理器卡和intel xeon phi协处理器卡类似,只是intel这样一块计算卡只有区区60个核心,而且不能独立工作,还需要另外购买一个独立的xeon主机作为管理处理器使用。

  申威26010处理器每片处理器包含4个核心,片上的4个核心通过片上网络互联,并通过PCI-E 3.0对外连接,每个核心拥有独立的128位DDR3控制器连接到8GB DDR3-2133内存,这样4个核心一共拥有32GB的DDR3内存。

  解析申威26010处理器结构

  解析申威26010处理器结构

  从这里可以看出SW26010实际上类似于用胶水把4个独立的处理器粘在了一起,整合到了一个芯片里面,但是每个核心还是可以独立工作,而且拥有独立的128bit 8GB内存。这样单个核心的内存带宽达到了34GB/s,整个处理器达到了136GB/s,这样设计最大的好处就是每个核心的带宽是完全独享的,缺点是空闲核心的带宽无法共享给其他核心。

  其中每个核心包含一个主处理器(MPE)和一个8*8的计算单元阵列(CPEs),主处理器是一个64位的RISC架构核心,用来跑操作系统,并且支持264位的矢量指令集,拥有32KB的L1指令缓存和32KB的L1数据缓存(总共64KB L1 cache),和256KB L2 Cache,应该说这样的缓存配置并不算大,应该是为了节约芯片面积考虑,4个核心的主处理器加起来一共有256KB L1 cache和1MB L2 cache。

  计算单元阵列(CPEs)是一个由64个简化的62bit处理器(不是常见的64bit)组成,每个处理器只有16KB的L1指令缓存和64KB本地储存,没有L1数据缓存,并且和主处理器一样支持264位的矢量指令集,单片处理器拥有一共256个这样的计算单元。

  于是加上4个主处理器,单片处理器一共拥有260个处理器核心。

  解析申威26010处理器结构

  神威·太湖之光的每个处理器卡有两片SW26010处理器,和一共64GB内存,长得像这样,每个处理器算一个计算节点,这样一块处理器卡和intel xeon phi协处理器卡类似,只是intel这样一块计算卡只有区区60个核心,而且不能独立工作,还需要另外购买一个独立的xeon主机作为管理处理器使用。而SW26010处理器集成了管理处理器,可以独立工作,并且单个处理器卡拥有高达520个处理器核心。

  解析申威26010处理器结构

  对比一下intel xeon phi计算系统的结构:

  解析申威26010处理器结构

  KNC Card就是一块intelXeon Phi协处理器卡,协处理器卡通过PCIE-X16和主处理器相连,其实看上去就像是一台PC上面插着好几块显卡。这样一台PC构成一个计算节点。

  对比SW26010处理器的方案,单个节点来看,一块SW26010的核心数量和一台带有4块xeon phi计算卡的功能相当。Intel方案的麻烦在于,这样一个计算节点的功耗和体积远远大于SW26010,而且intel主处理器内存和协处理器卡的内存是分离的,需要先将要处理的数据通过PCI-E x16传输至计算卡内存,然后计算卡才能计算,最后将结果通过PCI-E x16读回主处理器,这样一来一回的性能损失很多时候远大于计算卡带来的好处。

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