专为数据中心打造的高级芯片 Piton，有什么特别之处？

在 8 月 23 日的旧金山 Hot Chips 大会上，普林斯顿大学的研究人员公布了其名为“Piton”的 25 核心处理器芯片的细节，并提出用 8,000 个 Piton 塞满一台电脑，打造成 20 万核心总数电脑的非凡构想。

一般个人电脑的芯片只有 4～8 个核心，而 Piton 为大型数据中心支持大流量资料、具有高度可扩充性、能够支持多个处理器核心等特点量身打造。20 万个核心电脑的构想如果真的成真，就要看哪一家厂商愿意使用它了。

Piton 可以大幅度提高运算资料并节省耗能，其构造上具有出色的可扩充性，这意味着几千个这样的芯片可组合起来，构成一个具有数百万个处理器的整体系统。

普林斯顿大学的教授 David Wentzlaff 说：“在 Piton 制作工程中，我们重新思考了电脑的架构，专门为数据中心和云端打造这样一个特殊的芯片。这是目前学术界制作的最大的芯片之一，它可以更有效地运行，并且更便宜。”

Piton 是 Wentzlaff 和他的学生们多年来共同努力的成果，目前的版本是 6mm×6mm 的面积，包含 4.6 亿个电晶体，每一个晶体管只有 32 纳米长，除了用电子显微镜，肉眼根本无法可见这些电晶体。

总的来说，Piton 有以下三大特点：

“执行破风”

Piton 的设计专注于挖掘同一个芯片上运行程序的共性。其中一种方法被称做是“执行破风”（Execution Drafting），这很类似于在自行车比赛中，车手们组成特定的队形，利用领骑手破风所形成的气流（Drafting），以此减少阻力节省能量。

在一个数据中心里，通常多个用户运行的程序依赖着相似的处理器操作。Piton 的核心们可以辨识出这些程序之间的关系，并且连续执行相同的指令，所以核心们一个接一个地循环运行，就像是一列赛车手一样。研究人员表示，这样运行的效果是，比起普通的核心，可以提高大约 20% 的能效。

流量调适器

一般来说，多个程序相互挤占电脑内存。Piton 会有一个内存流量整形器（Memory-traffic Shaper），这个功能就像是一个在繁忙的十字路口的“流量警察”，它评估每一个程序的需要，相应地调整它们的内存请求，指挥程序们顺畅流通，避免发生堵塞。与传统分配方法相比，这个可以让芯片的性能提高 18%。

高效的快取管理

Piton 芯片本身的内存管理也十分高效。这种内存，就是通常所说的“快取”。在大多数的设计中，一个芯片的所有核心都会共享快取，但是这种策略在多个内核要获得并修改快取的时候，就会出现冲突的问题。Piton 并未采取这种共享的方法，而是给快取的区域和特定的核心分配了不同的用途。研究人员表示，这样一来，每个芯片的效率能够提升 29%，而且当一个数据中心里数百万的核心一起运行的时候，系统的效率还会成倍增加。

研究人员表示，这些经过改善的特性，与现存的生产标准保持一致，可以应用于生产实践中。为了促进 Piton 的发展和应用，普林斯顿大学已经把 Piton 的设计开源，公众和研究人员都可以点击这个网站获得相关资讯。

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（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：普林斯顿大学）