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高性能網路處理器製造商 ‘Tilera’

編輯時間 : 2014-11-10 13:16
ACROFAN=柳在庸 | jaeyong.ryu@acrofan.com | SNS
對於電腦使用者,「性能」永遠是「更需要」的。雖然每年都出現性能增強型的新處理器,可是對性能的需求往往越來越高。而且,在性能增強上最難過關就是現實中的各種物理極限。物理尺寸、電源限制、發熱等常常限制人們將想像落實。為了克服這些難題,在現實的範圍裡提高「效率」是很重要的。

為提高「效率」,已經嘗試了幾種方法。最具代表的是先改進流程和架構,然後提升運行速度而提高核心處理的性能。還有,透過核心和系統平行排列,提高分散處理的效果。當然,無論做什麼都有優點和缺點,並有限制。如此,在這麼多方法中,根據在工作負載量內可以驅動的型態下來決定其使用方法。

理想的平行處理是能放置多個核心的眾核技術(Many Core)。由於多核技術方面擁有獨家的先進技術,還融入了最新的 GPU 或協處理器(Co-Processor)眾核技術,而在業內嶄露頭角。但 Tilera 處理器能當驅動操作系統(OS)的主處理器(Main Processor)加上構成眾核核心(Many Core)狀態。因此可謂這方面擁有獨家的先進技術。已商業化的 Tilera 處理器搭載了高達72核心,於是多媒體設備與網路設備等需要高效率的並行處理方面帶來最佳的效率。

 

Tilera 公司是無晶圓半導體公司,該公司創始人之一是麻省理工學院(MIT)教授阿南特·阿加瓦爾(Anant Agarwal),他在2004年創建了該公司。因為他所發的網格結構(Mesh)基礎的多核心處理器(Multi-core processor)技術,在多核技術方面擁有獨家的先進技術而成名。2007年,配有64核的第一代處理器出現之後,到如今一直不斷的推出9、16、36、72核的產品。而且,其核數會越來越多。基於網格結構,每個核與構成要素透過高速網路結合,在多核技術方面擁有獨家的先進技術。

處理器的特徵是處理器本身可以配置系統的眾核(Many Core),比起與一般眾核(Many Core)配有的加速器需要另外運作的處理器簡單多了。每個處理器核心有它自己的架構,目前每核支持64位、高達 1.2GHz 的處理速度、並擁有三個運行管道、32KB指令緩存和數據緩存、256KB L2,還有共享高達18MB的L3緩存。

從這些核心內部連接於低延遲高速網路 iMesh,核心之間的互連以5線低延遲 Mesh 網路構成,最大帶寬是9核,而可以期待在處理器上達到10Tbps,在72核上達到110Tbps的速度。此外,DDR3內存支持ECC記憶體控制器根據型號的不同可以搭載多達四個,在處理器內搭載網路介面、mPIPE封包引擎、用於壓縮和加密的加速器在網路應用方面上具有高性能的功能是可以期待的。

Tilera 公司推出主頻為1.20GHz,核心數量多達72個的微處理器TILE-Gx。此時,72核心處理器 Gx8072的計算性能用 Core Mark 來衡量的話,只是單純從數值上來看已達到從2插座級x86伺服器獲得的水平。當然,每個核心的最佳性能低於 ARM Cortex-A9,但是可以期待多達72核的並行處理的較高整體性能。

此外,由於較低的運行速度和高能源效率,在1U形狀系數(Form Factor)上也可以順利地操作。每個處理器核心 400mW 以下,在36核心處理器上消耗的電量也不到30W。目前,像 SMP Linux內核(Kernel)和GCC等 GNU工具上有支持 Tilera 處理器,據說在x86上的 porting 工作也比較順利。

目前,Tilera 處理器通過自身的參考產品(Reference Products)來提供。1U機架形式的伺服器,能夠安裝在現有的x86伺服器的應用適配器型態,是以專用板和存儲器控制器應用的緩存(Cache)解決方案來構成的。此外,MicroTech的 CCR系列路由器(Router)是使用Tilera 處理器而批量生產的第一個例子。還有,台灣以及中國的硬體開發公司也正準備推出搭載 Tilera 處理器的產品。

 

Tilera 眾核(Many Core) 處理器最有效地使用的部分是網路設備。Tilera的 TILE-Gx 處理器為響應於各種應用,除了處理器以外還具有各種DSP子系統。特別的是,具有高性能級網路介面和數據包處理引擎以及加密引擎的功能。於是,頂級Gx8072系列可以進行處理 80〜100Gbps的數據包和 40Gbps的SSL數據包等。

Tilera TILE-Gx 處理器的網路支援是由介面和 mPIPE 封包引擎構成的,核心處理器的產品等級取決於不同的性能。在介面方面,根據型號的不同 10Gbps XAUI 是 2~8個,1Gbps 介面是支持12~32個。

此外,這些介面連接到的 mPIPE 提供 15Mpps~150Mpps 的性能。在Gx8072 可處理最高 100Gbps 的數據吞吐量,支持加密等的 MiCA 引擎根據型號的不同可處理 10~40Gbps 的數據吞吐量。

歸功於這些產品的特性,Tilera 處理器在網路設備,特別是在安全裝備方面擁有大量的參考,無線設備也時常使用 Tilera 處理器。此外,在這些網路設備方面 MikroTik 頂級的路由器產品 CCR 是使用Tilera 處理器而批量生產的第一個例子,在超高性能多功能路由器市場上已經顯示出極具競爭力。

此外,Tilera 處理器可以展示優勢的部分是多媒體方面。特別是在高度並行的視頻會議、即時廣播,在NVR上編碼任務等方面展示優勢。除了因通過多個核心來的並行處理以外,還有支持 H.264 的編解碼器以及為多媒體和 SIMD 處理具有擴展指令系統。另外,通過各種外部介面可以組合使用外部 FPGA 或 ASIC。

此外,在應用低電量高性能的眾核(Many Core)架構的伺服器上,能找到 Tilera 處理器發展可能性。由於支持64位架構,每個處理器具有72核,還是可以期待從 SMP Linux 內核和 GNU工具鏈上取得開發環境支持等作為伺服器的功能。尤其是通常不會拘牽架構(Architecture)的雲端服務器(Cloud Server),網路應用服務器,緩存服務器(Cache Server)等設備上可以期待高性能和高能源效率。

雲端和大數據處理也作為應用 Tilera 處理器的一種方式。於是,對於同時連接多個處理器,高速加密處理等的並行計算,基於雲端的HPC上也期待能獲得更高的性能和更有效率的應用方案。此外,在現有的系統上把處理器核心和內置的介面作為加速器形式的異構計算(Heterogeneous computing),其構成方面也有望得到充分利用。

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