Heterogeniczna architektura od AMD już nam dojrzała – ale to nie pecety na niej skorzystają

W tym tygodniu Fundacja HSA ogłosiła wydanie wersji 1.0specyfikacji swojej heterogenicznej architektury obliczeniowej.Oficjalnie to milowy krok w stronę budowy efektywnych systemówkomputerowych, w pełni wykorzystujących specyficzne możliwościich procesorów. Realnie chodzi raczej o symbolikę numerka – HSAjuż wcześniej znalazło swoje sprzętowe realizacje. A co z tegowszystkiego będziemy mieli my wszyscy?

Trzeba AMD oddać sprawiedliwość: bez „czerwonych” niebyłoby tej najciekawszej w ciągu ostatnich lat innowacji warchitekturze komputerowej. Przypomnijmy – heterogenicznaarchitektura obliczeniowa wiąże się ze zrównaniem roliprocesorów. Wszystkie jednostki obliczeniowe, w tym CPU, GPU, DSP ,FPGA czy nawet ASIC dzielą tę samą szyną, tę samą pamięćoperacyjną i te same zadania, działając na tym samym poziomie, naktórym wcześniej działał tylko procesor główny. Platformakomputerowa tego typu charakteryzuje się znacznie mniejszymiopóźnieniami w wewnętrznej komunikacji maszyny i uwalniaprogramistów od konieczności ręcznego przenoszenia danych międzyizolowanymi obszarami pamięciami poszczególnych procesorów. W tensposób HSA rozwiązuje problem efektywnego wykorzystywaniawielordzeniowych i wieloprocesorowych systemów, do dziś męczącyprogramistów tak gier jak i aplikacji użytkowych – nowaarchitektura sama przydziela zadania do najlepszych do ich wykonaniardzeni.

Ratyfikowana ostateczniespecyfikacjazawiera trzy kluczowe elementy: HSASystem Architecture Specification,definiującą działanie sprzętu, HSAProgrammers Reference Manual,opisującą wymogi stawiane narzędziom programistycznym oraz HSARuntime Specification,definującą metody interakcji oprogramowania z platformami HSA.Całość tak uniwersalna, jak to jest tylko możliwe.Skorzystać z niej mogą praktycznie wszyscy producencimikroprocesorów, niezależnie od architektury, czy będzie to x86,czy też ARM, POWER, MIPS czy jeszcze coś innego. Stworzone w tensposób systemy będzie można programować za pomocą wspólnegozbioru narzędzi, w wielu popularnych językach, takich jak Java,C/C++, Python czy nawet Fortran (nie do zastąpienia w świeciesuperkomputerów). Powstałe w ten sposób oprogramowanie będziemogło działać na nawet bardzo odmiennych systemach, choćoczywiście z różną wydajnością.

Póki co na rynku nie ma jeszcze oczywiście żadnych procesorówzgodnych z HSA 1.0. Są jednak procesory zgodne z prowizorycznąspecyfikacją, niewiele różniącą się od postaci finalnej. Tooczywiście APU Kaveri od AMD. Czerwoni liczą na to, że pełnązgodność uda się uzyskać dla debiutujących w tym roku procesorówCarizzo, wykorzystujących rdzenie Excavator. W wielu rodzajachobciążeń roboczych będą one mogły być nawet czterokrotnieszybsze od konkurencyjnych procesorów, niezdolnych do wykorzystaniardzeni GPU w operacjach równoległych.

A kto oprócz AMD popiera HSA? Wśród członków Fundacji możnaznaleźć jeszcze takich producentów procesorów jak Samsung, LG,Qualcomm, ARM, Imagination Technologies, Marvell, Broadcom, MediaTeki Texas Instruments oraz firmy takie jak Huawei, Sony, Toshiba,Canonical i Oracle. Bardziej istotne jest to, kogo tam nie ma – anie ma Intela i Nvidii. Dla obu tych firm, wiodących producentówodpowiednio procesorów głównych i graficznych, HSA jest realnymzagrożeniem, otwartym standardem, który może konkurować z ichwłasnościowymi technikami programowania równoległego.

Taki jednak a nie inny zbiór członków Fundacji oznacza, żechoć HSA powstawało z myślą przede wszystkim o komputerachdesktopowych, stacjach roboczych i superkomputerach, to największywpływ może wywrzeć na sprzęcie mobilnym, gdzie znaczenie Intela iNvidii jest daleko mniejsze, niż wymienionych wyżej firm. Problemtkwi bowiem głównie w programistach – HSA samo z siebie w cudownysposób niczego nie zmienia, ten wielki wzrost wydajności możliwyjest tylko w wypadku oprogramowania pisanego na HSA. Ile tegooprogramowania zoptymalizowanego pod kątem nowej architektury możejednak powstać, jeśli udział AMD w rynku procesorów x86 w zeszłymroku wyniósł 16,9%, zaś udział Intela – 82,8%? Producencioprogramowania na Windows czy desktopowego Linuksa niekonieczniemuszą być chętni do tego, by przygotowywać specjalne wersjeswoich narzędzi, działające na co szóstym pececie.

Całkowicie inaczej wygląda sytuacja na rynku mobilnym, gdzie, cociekawe, AMD praktycznie nie istnieje. Wymienieni producenciodpowiadają za ponad 88% produkcji układów SoC dla smartfonów czytabletów. Jeśli HSA zostanie oficjalnie włączone do specyfikacjiprocesorów ARM, jeśli będą korzystały z nowej architektury czipySnapdragon, Exynos, Nuclun, to wówczas pisanie mobilnych aplikacjina HSA będzie czymś naturalnym. Może wówczas się w pewnymmomencie okazać, że tablet z procesorem Samsunga czy Qualcommabędzie w niektórych zastosowaniach wydajniejszy, niż np. laptop zmobilną wersją procesora Intel Core – a w dodatku dziękienergooszczędności zapewnianej przez HSA będzie pracował naakumulatorze kilka razy dłużej.

To póki co spekulacje, ale zignorować czynnika ludzkiego tu niesposób. Programowanie na HSA wymaga nauczenia się myślenia wparadygmacie HSA, a tego raczej nie uczą dziś w szkołach. Ci,którzy zechcą się tego nauczyć, będą musieli widzieć nie tylkociekawą architekturę, ale też biznesowe korzyści z takiejinwestycji swojego czasu i środków.