片上網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)成大規(guī)模并行處理器首選架構(gòu)

麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員指出，今天我們都在使用片上總線和環(huán)狀拓樸，但它們所帶來的麻煩可能要比它們能貢獻(xiàn)的價(jià)值還要多，這也推動(dòng)了片上網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)（on-chip mesh network）成為大規(guī)模并行處理器的首選架構(gòu)。

“未來的多核處理器將不得不通過把資訊轉(zhuǎn)化成封包的方法，像連網(wǎng)電腦一樣地進(jìn)行溝通。每一顆核心都會(huì)有自己的路由器，它們會(huì)透過數(shù)個(gè)路徑中的任何一個(gè)發(fā)送封包，而路徑的選擇則取決于網(wǎng)絡(luò)的整體情況。簡言之，環(huán)狀架構(gòu)要比總線架構(gòu)要好得多，但效能卻又比不上網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)無法擴(kuò)展到超過16個(gè)節(jié)點(diǎn)，”麻省理工學(xué)院的電機(jī)工程暨電腦科學(xué)副教授Li-Shiuan Peh說。

一個(gè)芯片上的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)“可以在所有核心上建構(gòu)網(wǎng)格，因此，在所有節(jié)點(diǎn)之間便會(huì)產(chǎn)生許多可能的路徑，”Peh說。“而隨著你不斷擴(kuò)充核心數(shù)量，延遲還會(huì)更低。另一方面，由于有更多可能的跨核心傳輸路徑，因此頻寬也將會(huì)大幅提升。”

英特爾幾年前便曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)性的80核心TeraFLOPS處理器上采用芯片上網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)和整合的路由器，不過，一直到最近，英特爾才在8核心XeonE5-2600上使用了環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，而這是迄今該公司在量產(chǎn)芯片中采用的最先進(jìn)片上網(wǎng)絡(luò) （on-chip network）架構(gòu)。然而，將目光拉回環(huán)狀拓樸，Peh表示，這種架構(gòu)不過是暫時(shí)性的方案罷了，Peh聲稱他最新的研究顯示，在開發(fā)16核心什至更高端處理器時(shí)，像英特爾、IBM、ARM、飛思卡爾、三星等多核處理器制造商，都不得不開始采用芯片上網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和整合式路由器。

今天，幾乎所有的多核處理器都使用傳統(tǒng)總線架構(gòu)，這種架構(gòu)必須在核心上布建總線，以便與其他核和存儲(chǔ)器連接，但Peh表示，這種總線架構(gòu)將在四核處理器終結(jié)，部份芯片制造商已經(jīng)往雙總線架構(gòu)轉(zhuǎn)移，而英特爾的Xeon E5-2600也開始采用環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)拓樸。而在16核和未來更先進(jìn)的處理器中，所有的制造商都將開始采用片上網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)（Internet-on-a-chip）拓樸架構(gòu)。

Peh將在今年六月的Design Automation Conference中展示他與MIT教授Anantha Chandrakasan和博士生Sunghyun Park合作進(jìn)行的研究成果。他們展示的芯片顯示了使用僅300mV電壓波動(dòng)時(shí)，采用片上網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)拓樸進(jìn)行封包交換的能源消耗少于38%。