AMD：積極建造異構平臺生態圈
——訪AMD中國異構開發合作與解決方案中心總監楚含進

文/本刊記者 王左利

11月中旬，AMD開發者峰會在美國召開。今年開發者峰會被稱為APU13，其規模大于以往的任何一屆。現場云集技術開發人員、游戲開發商、業界領袖、專家學者和創業投資者。

AMD一直致力于CPU和GPU雙芯片的有機整合工作，例如其最早提出了Fusion融合概念，隨后推出的APU產品，讓用戶在性能、功耗、裝機成本等方面得到綜合性實惠。

APU13上，AMD宣布，在2014年，AMD將會推出Kaveri APU，這款下一代APU將是2014年AMD的主力產品。Kaveri并且是第一款基于HSA 異構系統架構的處理器，該處理器內存設計基于全新hUMA(異構統一內存，CPU和GPU內存在硬件設計上真正統一為系統內存)架構，制程28nm。

大數據需要異構計算

從2006年并購ATI，AMD的目標很明確，就是要將CPU與GPU融合在一起。AMD中國異構開發合作與解決方案中心總監楚含進認為，異構計算是一種技術革命，讓CPU和GPU相互融合，利用GPU并行計算的原理，讓GPU參與到CPU的工作中，作為CPU的加速處理器，平衡工作，各自發揮優勢。

之所以如此重視異構計算，是因為AMD認為，CPU的發展已經逐漸產生瓶頸，在解決很多應用的效率方面開始變得不盡如人意，尤其是在不斷降低功耗但是對用戶體驗要求卻一直提高的今天，用戶對于基于視覺，體感，超高分辨率如4K，8K的要求也與日俱增，如何讓未來中央處理器的每瓦性能發揮到最大一直是硬件追求的目標，在這些領域，APU有著天然的優勢。

在大數據的時代，異構平臺對大數據的處理也逐漸成為各大廠家研究的目標。楚含進表示，“在現在大數據的前提下，一些非結構化數據的處理，有的時候不能完全依靠CPU的處理能力，要靠GPU和CPU的協同處理能力才能更好更有效地完成對結構化數據的變化，進而作為結構化數據流處理。比如在多媒體語音搜索、處理領域炙手可熱的DNN（深度神經網絡）模型處理中，可以預見到，APU服務器的出現一定會在該領域引起一場效能的革命，AMD已經在該領域投入專門的團隊來作前期研究，并且取得了一定成果，引起國內外尤其是許多互聯網大公司的興趣和合作探討。”

從單純CPU到異構計算是一個漫長的過程并且充滿各種挑戰。盡管產業界目前對異構計算還停留在以硬件為主導，軟件生態環境正在建立的狀態，但楚含進認為，異構計算在未來一定會有非常好的發展。“隨著硬件產品從2014年正式在市場上推出和異構計算基金會（HSA Foundation）成員迅速的推廣，以及基于HSA的開發工具(HSA Stack)日臻成熟，在未來的2～3年內一定會看到大量的基于CPU和GPU的融合應用。”

異構平臺最大的問題就是軟件的編程，良好的編程工具可以讓開發者更好地將CPU與GPU的優勢充分發揮。因此，最近幾年AMD在異構計算的編程方面做了大量工作。比如，AMD一直致力于推動OpenCL的普及與培訓。他們開展了大規模公益性的針對OpenCL的培訓，向包括教育領域、研究領域等多行業開展了面向異構計算的編程培訓。

楚含進認為，硬件廠商一定不能僅僅考慮硬件設計，而應從生態環境的角度上進一步考慮如何提供一系列的開發工具或者是軟件模塊，讓上層的軟件開發人員更好使用技術。也就是說，軟件開發者在使用這些技術和工具的時候，能夠更方便地思考其編程該如何更好地擴展各種應用，而不用費好大勁研究硬件的結構。值得一提的是，在APU13大會上，Oracle加入異構基金會，使Java在異構計算領域得到大力的支持，極大降低了基于Java的異構平臺編程門檻。這也正是AMD致力于異構計算的目的，即讓大量普通的程序員駕馭GPU，同時那些使用OpenCL編程的程序員依然可以按傳統的方式來構建自己的軟件。

“一旦有很好的針對異構平臺的編程工具，未來基于異構平臺就會產生很多創新型的應用，就像C語言對當年單片機的支持使得單片機從單一匯編語言支持走向普及應用一樣。”楚含進表示。

發力低功耗

低功效是AMD一直追求的目標。而異構平臺可以讓功耗變得更低，但是低功耗并不意味著用戶體驗的期望降低。相反，隨著互聯網和智能移動設備的迅猛發展，用戶體驗反而更高。楚含進提到，低功效的處理器對未來的各種應用來說很重要。他提到一個例子：“現在手機上很難看到基于3D的游戲，無論其核心是雙核還是四核，都不足以支撐3D應用的普及，因為耗電量和單純CPU處理圖形能效太低，過度的耗電使很多應用的設計不得不以降低用戶體驗為代價。”

異構計算正是為了降低功耗提升單位效能（Perform/Watt）而設計，“利用CPU和GPU的融合架構合理部署應用，會使用戶整個系統的密度變得更密集，性能功耗也趨于合理。基于HSA的APU架構是一種架構變革的設計，不是簡單的硬件系統級更改，或者說異構計算給未來處理器架構提供了一種標準化的參考，APU是作為其產品的一種代表。”楚含進說。

APU內部架構實際上是把CPU和GPU結合起來，它的主要硬件級實現之一就是hUMA，可以真正地實現數據在芯片級的融合，讓CPU和GPU共享同一內存空間，這樣，CPU和GPU直接互相訪問，無需讓CPU和GPU之間通過復制數據做“二次”處理，所以可以由GPU完成指令，而不需要由CPU從系統內存調用數據分派給GPU。這使得GPU和未來具有特定服務的處理器（比如視頻處理器，FPGA等）成為真正意義上的協處理器，從而讓系統資源在操作系統的調度下發揮到最優。

楚含進介紹說，這個架構最大化地解決了兩個問題。第一，把CPU與GPU相結合，實際上減少了數據在CPU和GPU之間傳輸時產生的功耗，對很多程序來說是莫大的幫助，讓諸多以前受制于計算能力和功耗的應用成為可能，比如， 4K的編解碼傳統軟件算法會由于這種架構而受益，另外游戲上基于物理的實時渲染模型則會成為可能；第二，AMD在HSA上為GPU開發出一套非常容易讓高層的編程語言人員使用的工具棧，這些工具提供給不同層次的程序員靈活的接口，利用C，C++或者Java都可以實現自己的程序，不用太多考慮GPU里專有的編程語言。通過這些，AMD希望開發人員只要對自己的業務了解即可而不用考慮GPU，并最終把GPU變成通用編程的模型。為了做到這一點，AMD提供了HSA編譯工具、可調式的工具、基于開源的中間件和對不同層次語言的支持。

生態鏈與人才培養

異構平臺的發展必然需要產業界的支持，一旦生態鏈成熟，異構平臺就會得到快速發展。因此AMD意識到，必須將異構系統標準化，使其成為業界的標準，讓服務器，PC到移動終端等領域的開發者都能享受它的優勢，最終逐漸形成一個完善的生態鏈。

因此，AMD同ARM一起成立了HSA基金會。HSA基金會倡導的是一種開放的，同時還可以涵蓋PC與移動設備（不光是跨 OS）的標準。目的在于通過異構處理器的架構來提升處理器的表現。比如FPGA和DSP也可以用到它，利用它提供高層語言支持，實現可編程性。2013年，HSA基金會的陣營里新添了Oracle，這是一個很重要的信號。這意味著Java語言對于異構平臺的重視。這樣的話，許多開發者就可以很方便地利用Java進行異構平臺的開發了。從軟件編程角度來看，Oracle的加盟無疑讓HSA陣營更加完善。目前包括ARM、Imagination、LG、高通、三星和德克薩斯儀器等公司都已加盟HSA基金會。

楚含進提到，國外的異構平臺的工程師中，華人和中國人占了很大分量，異構計算作為計算機組成結構已經逐漸普及到學生的教材中。而在國內，目前這方面的教育剛剛開始。對教育領域來說，楚含進認為，當前計算機系的許多畢業生才剛剛接觸異構計算的編程，一方面是因為異構計算的編程非常難，很多編程方法易用性較差，另一方面，目前他們還沒有很好地看到這個領域的潛力，“國內更多是在跟隨，缺少前瞻性。”

基于此，AMD一直努力地在國內培養異構計算方面的人才。比如，他們做了一個異構計算社區，加強國內異構計算人才的交流。同時在中國百所高校做技術培訓，并發起了異構計算大賽以及出版異構平臺方面的圖書，希望通過種種方式培養一批異構人才。

“AMD融合的技術也是開放的技術。并且這種開放最終將能使開發人員以及最終用戶受益。AMD把異構軟件標準開放，并且提供諸多軟件中間件，這是一種‘先人植樹后人乘涼’的工作，對我們來說這也是一種對自己產品和技術在業界領先的信心證明。”楚含進說。