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金海:未来计算机体系结构的发展方向
来源:互联网  (转载协议)   发布日期:2012-10-31 09:31   浏览:3333专栏投稿 值班编辑:QQ281688302

高性能计算学术年会第二天,来自华中科技大学的金海教授发表了主题为新型计算机体系结构及多核众核技术的发展及其对策的演讲。 华中科技大学的金海教授 目前计算机的体系结构 金海教授介绍了目前计算机体系结构的几个特点,第一点目前计算机都是复杂的CPU结

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 高性能计算学术年会第二天,来自华中科技大学的金海教授发表了主题为“新型计算机体系结构及多核众核技术的发展及其对策”的演讲。

 

  华中科技大学的金海教授

  目前计算机的体系结构

  金海教授介绍了目前计算机体系结构的几个特点,第一点目前计算机都是复杂的CPU结构,多核多线程。第二点异构系统,采用CPU+GPU的方式。第三点数据局部性强,时间和空间局部性强。单个任务计算量大,CPU,Memory,DISK性能不平衡。编程模型(MPI,OpenMP)复杂,可靠性要求高,能耗高。上述几点是目前计算机上所处的状态。那么在未来的发展中,计算机的体系结构也在逐渐的改变着,未来面向大数据的到来,计算机也面临着很多挑战。

  未来计算机的体系结构

  1、从应用上来说

  未来的计算机系统面向大数据处理,对于IO需求量很大,数据的大量是的Cash的作用变差,要求CPU和磁盘的均衡发展。

  目前,有了集中体系结构的应对,左上角是CPU+GPU的结构,把CPU+GPU集成在一个芯片中,而不是采用独立显卡;采用可重构的方式,改变了核和Cach时间的链接。

  第二个变化:面向移动互联网

  体系结构的变化是两个极端的趋势,在移动互联网中,功能、能耗是两大重点关注点。CPU和体系结构有什么而变化呢?

  终端更加多种多样,应用更加多样化。

  2、从硬件上来说

  新材料的出现

  以存储系统为例,各层次涌现出新兴存储介质(如下图所示)

 

  存储新型材料

  前段时间,日本人研究出了石英玻璃存储,存储时间得到大幅提升。这些新的存储材料的出现也使得我们计算机的存储性能得到解决,也是未来存储的一个突破口。

  另一个存储技术就是3D堆叠的计算存储耦合结构,现在IBM已经能够出现100层存储结构的堆叠,而这一块也是我们国家的弱点,我们现在对于新兴材料存储的研究偏少。

 

  3D堆叠结构存储

  业界动态

  金海教授表示,在未来混合架构的APU将成为主流。丰富的片内、片间多层次并行性。更低的尺寸(10nm),更低的能耗。超大的规模。除此之外我们看到现在ARM在服务器领域的崭露头角,也预示着,未来移动计算向高性能计算的迈进。我们看到新型的计算机结构不是在做加法更多的是在做减法,那同样在演变的过程中会遇到很多问题,首先是多核和众核环境的挑战,系统结构层面的挑战,系统软件层面的挑战,新需求来带的挑战,大数据处理递来的挑战,移动计算带来的挑战,等等这一系列的挑战,我们在未来的计算机结构的发展上还需要做好充分的准备。

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