全球最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)搭載的SW26010處理器解析

　　全球最強(qiáng)超級(jí)計(jì)算機(jī)神威·太湖之光搭載的申威26010處理器每片處理器包含4個(gè)核心，片上的4個(gè)核心通過片上網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并通過PCI-E 3.0對外連接，每個(gè)核心擁有獨(dú)立的128位DDR3控制器連接到8GB DDR3-2133內(nèi)存，這樣4個(gè)核心一共擁有32GB的DDR3內(nèi)存。

　　從這里可以看出SW26010實(shí)際上類似于用膠水把4個(gè)獨(dú)立的處理器粘在了一起，整合到了一個(gè)芯片里面，但是每個(gè)核心還是可以獨(dú)立工作，而且擁有獨(dú)立的128bit 8GB內(nèi)存。這樣單個(gè)核心的內(nèi)存帶寬達(dá)到了34GB/s，整個(gè)處理器達(dá)到了136GB/s，這樣設(shè)計(jì)最大的好處就是每個(gè)核心的帶寬是完全獨(dú)享的，缺點(diǎn)是空閑核心的帶寬無法共享給其他核心。

　　其中每個(gè)核心包含一個(gè)主處理器（MPE）和一個(gè)8*8的計(jì)算單元陣列（CPEs），主處理器是一個(gè)64位的RISC架構(gòu)核心，用來跑操作系統(tǒng)，并且支持264位的矢量指令集，擁有32KB的L1指令緩存和32KB的L1數(shù)據(jù)緩存（總共64KB L1 cache），和256KB L2 Cache，應(yīng)該說這樣的緩存配置并不算大，應(yīng)該是為了節(jié)約芯片面積考慮，4個(gè)核心的主處理器加起來一共有256KB L1 cache和1MB L2 cache。

　　計(jì)算單元陣列（CPEs）是一個(gè)由64個(gè)簡化的62bit處理器（不是常見的64bit）組成，每個(gè)處理器只有16KB的L1指令緩存和64KB本地儲(chǔ)存，沒有L1數(shù)據(jù)緩存，并且和主處理器一樣支持264位的矢量指令集，單片處理器擁有一共256個(gè)這樣的計(jì)算單元。

　　于是加上4個(gè)主處理器，單片處理器一共擁有260個(gè)處理器核心。

　　神威·太湖之光的每個(gè)處理器卡有兩片SW26010處理器，和一共64GB內(nèi)存，長得像這樣，每個(gè)處理器算一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，這樣一塊處理器卡和intel xeon phi協(xié)處理器卡類似，只是intel這樣一塊計(jì)算卡只有區(qū)區(qū)60個(gè)核心，而且不能獨(dú)立工作，還需要另外購買一個(gè)獨(dú)立的xeon主機(jī)作為管理處理器使用。而SW26010處理器集成了管理處理器，可以獨(dú)立工作，并且單個(gè)處理器卡擁有高達(dá)520個(gè)處理器核心。

　　對比一下intel xeon phi計(jì)算系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：

　　KNC Card就是一塊intelXeon Phi協(xié)處理器卡，協(xié)處理器卡通過PCIE-X16和主處理器相連，其實(shí)看上去就像是一臺(tái)PC上面插著好幾塊顯卡。這樣一臺(tái)PC構(gòu)成一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

　　對比SW26010處理器的方案，單個(gè)節(jié)點(diǎn)來看，一塊SW26010的核心數(shù)量和一臺(tái)帶有4塊xeon phi計(jì)算卡的功能相當(dāng)。Intel方案的麻煩在于，這樣一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的功耗和體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SW26010，而且intel主處理器內(nèi)存和協(xié)處理器卡的內(nèi)存是分離的，需要先將要處理的數(shù)據(jù)通過PCI-E x16傳輸至計(jì)算卡內(nèi)存，然后計(jì)算卡才能計(jì)算，最后將結(jié)果通過PCI-E x16讀回主處理器，這樣一來一回的性能損失很多時(shí)候遠(yuǎn)大于計(jì)算卡帶來的好處。

　　SW26010的主處理器和協(xié)處理器的內(nèi)存是共享的，這樣無需來回從協(xié)處理器倒騰數(shù)據(jù)，而且可以實(shí)現(xiàn)類似AMD APU的統(tǒng)一內(nèi)存尋址，大幅度提高了協(xié)處理器的使用效率，從這點(diǎn)來說SW26010的方案是優(yōu)于intel方案的。

　　從單個(gè)核心對比來看，Intel的phi協(xié)處理器據(jù)說是基于最早的奔騰x86方案改進(jìn)而成，多了一個(gè)512位的矢量處理器，而SW26010只有264位的矢量處理器，phi擁有32KB的L1指令緩存，32KB的L1數(shù)據(jù)緩存和512KB的L2 緩存，對比SW26010的協(xié)處理器只有16KB的L1指令緩存和64KB的本地存儲(chǔ)，而且intel的phi核心可以支持4個(gè)物理線程，也就是超線程技術(shù)，單純從技術(shù)來講，intel的phi處理器拿出來單挑應(yīng)該可以吊打單獨(dú)的SW26010的計(jì)算核心。

　　理論性能可以看出，單個(gè)intel的phi處理器是高于SW26010的計(jì)算核心，得益于超寬的512位矢量處理器（VPU），intel phi上的處理器每個(gè)時(shí)鐘可以執(zhí)行16個(gè)單精度運(yùn)算或8個(gè)雙精度計(jì)算，而SW26010上的計(jì)算核心只有一半的寬度，所以最多也就8個(gè)單精度和4個(gè)雙精度，不過SW26010的核心頻率是1.45GHz，要比intel phi的1.3GHz稍高，但是這樣也很難追平intel的單個(gè)核心的理論性能優(yōu)勢。

　　但是光比理論峰值性能是沒有什么意義的，SW26010的VPU雖然比intel phi的寬度小，但是264bit的寬度而不是256bit的寬度可以提供比intel的單雙精度浮點(diǎn)更高的計(jì)算精度，單精度浮點(diǎn)可以比intel的高一倍，而雙精度可以高4倍，這在科學(xué)計(jì)算中是能夠獲得更大的優(yōu)勢，而且intel的512bit寬度的矢量運(yùn)算需要更多的數(shù)據(jù)來填飽它，加上需要用PCI-E傳輸數(shù)據(jù)的瓶頸，大部分時(shí)候也只能挨餓，而SW26010可以直接訪問主存，因此在實(shí)際使用效率上不見得就會(huì)比intel phi低多少，并且某些應(yīng)用場合甚至可能大幅度超過intel。