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高通与英特尔共研发新型处理器架构

导读: 为期四年半的DARPA计划在第一年将与英特尔和高通共同设计芯片架构,而Georgia Tech和PNNL则负责开发软体工具。在第一年之后,将会选出一款硬体设计和一款软体工具。

美国国防部先进计划署(DARPA)目前正资助开发一种全新的非冯-诺伊曼(non-von-Neumann)架构处理器——称为“分层识别验证利用”(Hierarchical Identify Verify Exploit;HIVE)。DARPA计划在4年内半内投入8,000万美元,打造这款HIVE处理器。包括英特尔(Intel)与高通(Qualcomm)等芯片商以及国家实验室、大学与国防部承包商North Grumman都加入了这项计划。

美国太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory;PNNL)和乔治亚理工学院(Georgia Tech)负责为该处理器打造软体工具,而Northrup Grumman则将建立一座巴尔的摩中心,利用这款号称全世界首款图形分析处理器(GAP)执行国防部(DoD)的图表分析任务。

高通与英特尔共研发新型处理器架构

HIVE使用以数据的多层图形显示作为开始的序列(如图),开启了图解分析处理的方式,在各层之间识别数据之间的关系。(数据来源:DARPA)

DARPA微系统技术办公室(MTO)计划经理Trung Tran表示:“今日的电脑架构同样采用1940年代发明的[John] von Neumann架构。CPU与GPU均采取平行运算,但它的每个核心仍然是von Neumann处理器。”

Tran说:“HIVE并不是冯诺依曼架构,因为它的数据稀疏,而且能同时在不同的记忆领域同时执行不同的过程。这种非冯-诺依曼途径可让许多处理器同时存取,各自采用其本地暂存记忆体,在全局记忆体上同时执行分散和汇集作业。”

高通与英特尔共研发新型处理器架构

“芯片拼贴图”象征DARPA资助开发的新型处理器计划——“超越微缩:电子复兴计划”(Beyond Scaling: An Electronics Resurgence Initiative)正推动微系统结构和性能的新纪元。(来源:DARPA)

图形分析处理器目前并不存在,但在理论上与CPU和GPU有着显著的不同。首先,它们经最佳化用于处理稀疏图形元素。由于所处理的项目稀疏地位于全局记忆体,因而也涉及一种新的记忆体架构——能以每秒高达TB容量的超高速度随机存取记忆位置。

当今的记忆体芯片经过最佳化,能以最高速度存取长序列位置(以填补其快取),这些速度大约落在每秒GB的范围。另一方面,HIVE将以最高速度从全局记忆体随机存取8位元数据点,然后再以专用的暂存记忆体分别处理。该架构据称也具有可扩展能力,但需要许多HIVE处理器执行特定的图形演算法。

Tran说:“当今所收集的所有数据中,只有大约20%是有用的——这就是为什么稀疏——让我们的8位元组粒度对于巨量数据(Big Data)的问题效率更高。”

高通与英特尔共研发新型处理器架构

即时绘图分析需要高达Giga TEPS的处理速度(绿色),才能识别现场呈现的关系,这较目前速度最快的GPU (蓝色)或CPU (红色)速度更快1,000倍。(来源:DARPA)

这种图形分析处理器采用最佳化的新式演算法处理单元(APU),加上DARPA提供的新记忆体架构芯片,据称其功耗较今日的超级电脑功耗更低1,000倍。参与这项计划的组织,特别是英特尔与高通,也将有权商用化这款处理器与记忆架构。

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