解读多核心Cell处理器：游戏主导发展方向(2)

　　文/太平洋译站:石头

二、Cell的宏观概述

　　Cell是跟即将到来的AMD和Intel多核心CPU几乎一样的多核心处理器，唯一的差异是Cell的构架不是完全同类的核心集。

　　Cell的执行核心

　　Cell构架以9个独立核心的配置登场：一个PowerPC Processing Element（PPE）及八个Synergistic Processing Element（SPE）。PPE和SPE是明显不同的，但全部八个SPE是彼此相同的。

　　PPE是IBM对Cell方案的主要贡献。它似乎也跟被用在下一代Xbox控制台中的核心非常相似，就是说IBM对Cell所承担的义务并不是一定要让它用在从消费电子到PC的所有设备中，而仅仅是两个主要的游戏控制台而已。

图为：PPE是IBM对Cell方案的主要贡献

　　PPE是一个新核心，不同于IBM制造的其它任何PowerPC核心。虽然PPE拥有现代任何通用微处理器的基本功能，但它有目的地作了简化。PPE在Cell中的作用是处理任何通用微处理器能够运行的任务；基本上任何能够在Athlon 64上运行的就会在PPE上运行。

　　PPE配备了64KB L1缓存和512KB L2缓存，并且拥有类似于Intel Hyper Threading的SMT技术。PPE使用了一个严格有序的核心，这在桌面x86市场上从最初的Pentium消亡以来就再没有见到过了（Pentium Pro把无序执行带到了x86市场），所以向有序核心的转变是一个引人注意的地方。PPE还只是一个2流程核心，那意味着它最多能够同时执行两条指令。作为对照，Athlon 64是3流程核心，所以立即可以感觉到，PPE是比任何桌面产品简单得多的核心。PPE还支持IBM的VMX指令集（即Altivec）。跟Cell处理器的其它核心非常相似的是，PPE被设计为运行在非常高的时钟速度下。

　　关于PPE没有太多让人感觉不平常的地方，也就是它是一个小，高速，有效率的核心。跟Pentium 4或Athlon 64相比，PPE无疑会落败，但PPE的构架符合性能需求上的变化。例如，商业/办公应用程序中的性能需要非常强劲，非常快的通用微处理器，但游戏控制台中的性能则不然。最初的Xbox使用了修改过的Intel Celeron 733MHz处理器，而当时最快的桌面产品有2.0GHz的Pentium 4和1.60GHz的Athlon XP。假如Cell的第一个应用是Sony的Playstation 3，那么PPE的简单是不出奇的。如果Cell想要进军PC的话，那PPE显然必须得到加强，或至少搭配多个PPE才行。

　　Cell的Die的主要部分由八个Synergistic Processing Element（SPE）组成。如果把PPE看作是通用微处理器的话，那么SPE就是稍微有些特殊侧重点的通用处理器了。

图为：Cell的Die的主要部分由八个Synergistic Processing Element（SPE）组成

　　每个SPE是一个功能完整的独立微处理器，但被极度简化了，并且不像PPE那样通用。SPE没有缓存，但每个SPE却拥有256KB的局部存储器（稍后我们将讨论局部存储器和缓存之间的差异）。每个SPE还拥有总共达7个的执行单元，包括一个整数单元，所以SPE能够执行整数运算以及SIMD浮点计算。SPE是双流程的，也就是说它们最多能够执行2条并行的指令。SPE和PPE两者都采用双流程，引起了对Cell晶体管数量和芯片大小的关注，因为增加流程宽度直接关系到这两个关键的项目。

　　SPE没有分支预报器，意味着它们完全依靠软件分支预报。编译器有方法能够消除分支，而SPE构架非常有助于像解开回路这样的事情。任何初级程序员对回路都很熟悉，在那里一行或多行代码被重复，直到满足某个条件为止。那个条件（例如i < 100）的校验通常会导致分支，所以消除那个分支的一个办法是简单地解开回路。如果在一个应该执行100次的回路中有一条语句，那要么可以把它留在回路中并照样执行，要么可以取消回路并简单地复制该语句100次。最终结果是相同的 - 唯一的差别是在一种情况下有分支条件，而另一种情况导致了更多行待执行的代码。

　　打开回路具有的问题是需要很多寄存器来解开若干循环，那就是每个SPE拥有128个寄存器的原因了。SPE原先应该使用VMX（Altivec） ISA，但由于需要多于32个的寄存器，SPE执行了新的ISA，支持128个寄存器。

　　每个SPE在每个时钟只能够处理两条指令，也就是说每个SPE最多能够同时执行两条指令。微处理器的流程宽度在很大程度上可以决定微处理器将有多大；例如，Itanium 2采用6流程核心，所以作为2流程核心的SPE明显小于大多数的通用微处理器。

　　最后，我们在SPE上看到的是它们牺牲了一些正常的改进ILP的技巧，以便能够在一个单独的Die上塞进更多的SPE，为了更大的TLP而有效地牺牲掉一些ILP。既然行业前进的方向是这样，那么向极其侧重TLP设计的迁移是很有意义的，但同时，它将相当依赖于使用非常特殊的开发模型的开发商。

　　很明显，Cell的设计师把SPE当作运行高度并行化工作量的手段，正如Derek Wilson在他关于AGEIA PhysX PPU的文章中所提到的：“特征很好地适应PC内专门的处理器的图形，它的性质之一就是任务是可无限并行化的。每个帧需要处理数十万，甚至上亿个的像素。渲染需要处理得越细致，并行任务就变得越多。这对物理模型同样成立。相对于现实世界，物理世界是连续的，而不是离散的。拥有越多的处理能力，就能够立刻模拟更多的东西，从而能够越实际地逼近现实世界。”

　　由于NVIDIA为Playstation 3提供GPU，所以Cell的SPE阵列在游戏控制台中由一个明确的目的 - 物理及AI处理。许多人认为，SPE的阵列能够接管GPU的像素处理工作量，但对于高性能控制台来说，那不是很有意义的选择。SPE阵列能够提供更好的基于CPU的3D渲染，但对于这个SPE阵列来说，那将是艰苦的工作，不如使用专门的GPU硬件。

[上一页]  [1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]  [7]  [8]  [9]  [10]
  [11]  [下一页]