軟件優(yōu)化可將CPU性能提升28倍 Intel詳解OneAPI戰(zhàn)略

在日前的SC 19大會(huì)上，Intel發(fā)布了全新的Xe架構(gòu)GPU及多款10nm產(chǎn)品，這是Intel應(yīng)對(duì)未來HPC高性能計(jì)算的關(guān)鍵。與此同時(shí)，Intel還正式宣布了OneAPI統(tǒng)一編程模型，它可能不被DIY玩家熟悉，但這很有可能會(huì)改變未來十年各種XPU芯片的發(fā)展。

有很多人不知道，Intel不僅是全球最大的CPU芯片公司，其軟件開發(fā)能力也非常強(qiáng)大，軟件工程師就有超過1.5萬人，還是Linux Kernel的最大貢獻(xiàn)者，每年修改的代碼超過50萬行，為100多個(gè)操作系統(tǒng)做優(yōu)化。

在CPU及其他芯片開發(fā)上，Intel會(huì)越來越重視軟件優(yōu)化的能力，提出六大技術(shù)支柱的高級(jí)副總Raja Koduri之前表態(tài)稱“全新的硬件架構(gòu)每一個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升，軟件就能帶來兩個(gè)數(shù)量級(jí)的性能提升。”

根據(jù)Raja Koudri所說，Intel通過軟件優(yōu)化，可以給Java帶來6倍的性能提升，給持久性內(nèi)存帶來8倍的性能升級(jí)，在AI領(lǐng)域帶來28倍的性能提升，并且，這是在相同的硬件上通過軟件實(shí)現(xiàn)的提升。

在未來的芯片發(fā)展中，軟件優(yōu)化的作用已經(jīng)無需多言，所以O(shè)neAPI戰(zhàn)略對(duì)Intel來說也非常重要，因?yàn)樗y(tǒng)一了各個(gè)平臺(tái)的編程規(guī)范，簡(jiǎn)化了開發(fā)難度，有利于營(yíng)造更好的開發(fā)生態(tài)。

基于此，Intel知IN官微發(fā)布了一篇名為《英特爾oneAPI：定義未來十年應(yīng)用程序開發(fā)的統(tǒng)一、簡(jiǎn)化的編程模型》的長(zhǎng)文，詳細(xì)介紹了OneAPI的作用及內(nèi)容，想要了解的玩家可以看看。

以下是全文詳細(xì)內(nèi)容：

oneAPI是什么？

oneAPI是一個(gè)統(tǒng)一的、簡(jiǎn)化的編程模型，旨在簡(jiǎn)化跨多架構(gòu)的開發(fā)過程（如CPU、GPU、FPGA、加速器）。oneAPI包含兩個(gè)組成部分：一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)計(jì)劃和一款英特爾?beta產(chǎn)品，都是全新探索的第一步。

oneAPI計(jì)劃的跨架構(gòu)開發(fā)模型基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和開放規(guī)范，支持廣泛的行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)采納該技術(shù)來推動(dòng)應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域的新演進(jìn)。

英特爾?oneAPI beta產(chǎn)品是英特爾基于oneAPI的實(shí)現(xiàn)，它包括了oneAPI標(biāo)準(zhǔn)組件如直接編程工具（Data Parallel C++）、含有一系列性能庫的基于API的編程工具，以及先進(jìn)的分析、調(diào)試工具等組件。開發(fā)人員從現(xiàn)在開始就可以在英特爾DevCloud for oneAPI上對(duì)基于多種英特爾架構(gòu)（包括英特爾至強(qiáng)?可擴(kuò)展處理器、帶集成顯卡的英特爾酷睿?處理器、英特爾FPGA如英特爾Arria?、Stratix?等）的代碼和應(yīng)用進(jìn)行測(cè)試。這一進(jìn)展源自于英特爾數(shù)百萬小時(shí)軟件工程開發(fā)的努力，旨在為全球開發(fā)人員提供一座從現(xiàn)有代碼和技能過渡到即將來臨的xPU時(shí)代的橋梁。

oneAPI為何重要？

oneAPI是英特爾“軟件先行”戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)，英特爾相信這一戰(zhàn)略將定義和引領(lǐng)一個(gè)人工智能日益融合、異構(gòu)及多架構(gòu)的編程時(shí)代。

跨架構(gòu)（CPU、GPU、FPGA及其他加速器）開發(fā)能力對(duì)于處理數(shù)據(jù)密集型工作負(fù)載極為重要，因?yàn)檫@種工作負(fù)載需要多種架構(gòu)，這也將成為未來的常態(tài)。在今天，每一個(gè)硬件平臺(tái)往往需要開發(fā)者維護(hù)獨(dú)立的代碼庫，這些代碼庫需要使用不同的語言、庫和軟件工具進(jìn)行編程。這是一項(xiàng)極其復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的工作，會(huì)大大降低開發(fā)速度、抑制創(chuàng)新。

為了解決這一難題，oneAPI提供一個(gè)通用、開放的編程體驗(yàn)，讓開發(fā)者可以自由選擇架構(gòu)，無需在性能上作出妥協(xié)，也大大降低了使用不同的代碼庫、編程語言、編程工具和工作流程所帶來的復(fù)雜性。相對(duì)于今天的基于單個(gè)廠商的封閉式編程環(huán)境，oneAPI為開發(fā)者提供了極富競(jìng)爭(zhēng)力、也更先進(jìn)的可替代選擇，幫助他們?cè)诒Ａ衄F(xiàn)有軟件投資的基礎(chǔ)上，搭建一座無縫連接的橋梁，從而為未來的多架構(gòu)世界創(chuàng)造更多豐富的應(yīng)用程序。

為什么英特爾能夠應(yīng)對(duì)這項(xiàng)挑戰(zhàn)？

英特爾已經(jīng)深入開發(fā)者生態(tài)領(lǐng)域超過20年。英特爾擁有15000多名軟件工程師和10000項(xiàng)與客戶緊密合作的軟件部署，是Linux kernel最大的貢獻(xiàn)者，每年修改的代碼超過50萬行，為100多個(gè)操作系統(tǒng)進(jìn)行過優(yōu)化，并且擁有超過兩千萬活躍開發(fā)者的生態(tài)，而這些只是英特爾龐大的軟件實(shí)力的一部分。

英特爾跨基礎(chǔ)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)工具和SDK以及其所參與并影響的標(biāo)準(zhǔn)制定組織的數(shù)量在業(yè)界是無與倫比的。憑借深耕行業(yè)多年的積累和英特爾軟件工程團(tuán)隊(duì)數(shù)百萬個(gè)小時(shí)的努力，英特爾正通過創(chuàng)建一個(gè)統(tǒng)一的編程模型，推動(dòng)開發(fā)普及化，簡(jiǎn)化困難，為開發(fā)者創(chuàng)造一個(gè)更具移植性、更高效且性能更高的編程環(huán)境，來幫助開發(fā)者應(yīng)對(duì)未來的挑戰(zhàn)。

為什么需要一個(gè)開放式規(guī)范？

數(shù)十年以來，英特爾與包括ISO C++/Fortran Groups、OpenMP* ARB、MPI Forum、The Khronos Group在內(nèi)的多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定組織以及行業(yè)/學(xué)術(shù)組織攜手，希望通過開放協(xié)作的方式尋求一種可實(shí)現(xiàn)互操作性與互換性的產(chǎn)品規(guī)范，而oneAPI項(xiàng)目就是這一行動(dòng)的延續(xù)。oneAPI將實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的互操作性。

最新oneAPI規(guī)范可在oneAPI計(jì)劃官網(wǎng)oneapi.com查閱

oneAPI開放式規(guī)范包括哪些內(nèi)容？

這一開放式規(guī)范包括一種跨架構(gòu)的編程語言Data Parallel C++（DPC++）、一套用于API編程的函數(shù)庫以及底層硬件接口（oneAPI Level Zero）。有了這些組件，英特爾和其它企業(yè)就能創(chuàng)建他們自己的oneAPI實(shí)現(xiàn)來支持他們自己的產(chǎn)品，或基于oneAPI進(jìn)行新產(chǎn)品開發(fā)。

Data Parallel C++是什么？

DPC++是基于大眾熟悉的C和C++語言，專門為oneAPI設(shè)計(jì)的主要編程語言。它融合了來自Kronos Group的SYCL*，從而可以支持跨CPU和加速器上的數(shù)據(jù)并行和異構(gòu)編程，目的是為了簡(jiǎn)化編程以及提高代碼在不同硬件上的可重用性，同時(shí)能根據(jù)特定的加速器進(jìn)行調(diào)優(yōu)。

DPC++語言增強(qiáng)將會(huì)通過一個(gè)開發(fā)者社區(qū)項(xiàng)目來進(jìn)行擴(kuò)展，以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)并行編程。該項(xiàng)目向公眾開放，并將通過開發(fā)者們的共同努力不斷發(fā)展。

oneAPI規(guī)范內(nèi)容將會(huì)開源嗎？

很多庫和組件已經(jīng)開源或即將開源。

請(qǐng)?jiān)L問oneapi.com查看詳細(xì)開源項(xiàng)

哪些公司將支持或參與oneAPI計(jì)劃？

截至11月17日，支持oneAPI概念的業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)超過30家，包括高性能計(jì)算領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者、人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新者、硬件廠商/OEM、獨(dú)立軟件開發(fā)商、云服務(wù)商、高校等等。其中很多也積極參與了oneAPI beta版工具包的測(cè)試并提供反饋意見。

這項(xiàng)計(jì)劃剛剛啟動(dòng)，英特爾預(yù)期未來幾年將會(huì)有更多參與方加入該計(jì)劃。企業(yè)在創(chuàng)建自己的oneAPI實(shí)現(xiàn)并完成自我認(rèn)證后即可以使用全新oneAPI計(jì)劃品牌和標(biāo)識(shí)。

不同的oneAPI Beta版工具包都包含了什么？

英特爾 oneAPI 基礎(chǔ)工具包（Beta版）包含了一系列核心工具和庫，為構(gòu)建和部署跨架構(gòu)的高性能以數(shù)據(jù)為中心的應(yīng)用而開發(fā)。它具體包含了oneAPI開放式規(guī)范技術(shù)（DPC++語言、特定領(lǐng)域的庫）和英特爾? Python*分發(fā)包來提供跨相關(guān)架構(gòu)的即時(shí)加速，以及能增強(qiáng)分析、協(xié)助設(shè)計(jì)和調(diào)試等組件。

除英特爾oneAPI基礎(chǔ)工具包外，英特爾還提供其他針對(duì)高性能計(jì)算、人工智能等專門工作負(fù)載的工具包，包括：

英特爾oneAPI高性能計(jì)算工具包（Beta版）：幫助快速交付可擴(kuò)展的C++、Fortran和OpenMP應(yīng)用程序

英特爾oneAPI深度學(xué)習(xí)框架開發(fā)者工具包（Beta版）：用于建立深度學(xué)習(xí)框架或?qū)ΜF(xiàn)有深度學(xué)習(xí)框架實(shí)現(xiàn)定制化

英特爾oneAPI渲染工具包（Beta版）：用于開發(fā)高性能、高精度的可視化應(yīng)用程序（包括科學(xué)可視化）

英特爾AI分析工具包（Beta版）：由oneAPI提供技術(shù)支持，適用于人工智能開發(fā)者和數(shù)據(jù)科學(xué)家，以更好地利用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)模型來構(gòu)建應(yīng)用。

此外還有兩種oneAPI補(bǔ)充工具包：為系統(tǒng)工程師設(shè)計(jì)的英特爾系統(tǒng)Bring-Up 工具包以及面向深度學(xué)習(xí)推理和計(jì)算機(jī)視覺的生產(chǎn)場(chǎng)景的英特爾發(fā)行版 OpenVINO? 工具開發(fā)包。

更多詳情請(qǐng)?jiān)L問：software.intel.com/oneapi

oneAPI支持哪些處理器和加速器？

oneAPI規(guī)范是為支持來自多個(gè)廠商的各種CPU和加速器而設(shè)計(jì)的。oneAPI Beta版目前支持英特爾CPU（英特爾至強(qiáng)?、酷睿?、凌動(dòng)）、英特爾Arria FPGA以及作為未來獨(dú)立數(shù)據(jù)中心GPU代理開發(fā)平臺(tái)的第九代/英特爾核芯顯卡。oneAPI日后將支持更多英特爾加速器架構(gòu)。

其它廠商的硬件與oneAPI兼容嗎？

oneAPI規(guī)范的DPC++語言和庫等都向公眾開放使用，我們也鼓勵(lì)其它硬件廠商使用。其它硬件廠商可以創(chuàng)建自己的oneAPI實(shí)現(xiàn)并基于此對(duì)特定硬件進(jìn)行優(yōu)化。

開發(fā)者可以通過哪些途徑獲取更多信息？

關(guān)于oneAPI計(jì)劃的更多信息可通過訪問oneAPI.com獲取。開發(fā)者可在英特爾開發(fā)人員專區(qū)（網(wǎng)址：software.intel.com/oneapi）下載英特爾 oneAPI 測(cè)試版工具包供本地使用，也可以通過英特爾 DevCloud for oneAPI平臺(tái)快速入門獲得對(duì)于oneAPI工具包的訪問，并使用它對(duì)多個(gè)以數(shù)據(jù)為中心的架構(gòu)下的代碼和工作負(fù)載進(jìn)行測(cè)試。該方式無需安裝和設(shè)置并節(jié)省時(shí)間，且在無需負(fù)擔(dān)開發(fā)平臺(tái)成本的情況下靈活嘗試不同的硬件。​​​​