一个独特设计的处理器

2021-03-02 14:01:45 来源: 半导体行业观察

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如果数据不能足够快地到达处理器,则将处理器放到数据中。

这就是GSI Technology的第一个处理器Gemini-1的背后想法 ——它部分是存储芯片,部分是处理器芯片,而且都是奇怪的。但是它也很擅长于其本身的功能,与“普通”处理器(例如x86或GPU)相比,可将其特定的数学函数能力提高100倍。

GSI可能是处理器业务的新手,但该公司成立已有25年以上,拥有170多名员工。在过去的日子里,他们花了大部分的时间来制作SRAM,包括一些用于军事和航空应用的SRAM。据该公司销售与投资者关系副总裁迪Didier Lasserre称,即使在今天,SRAM仍占其收入的100%,处理器对他们来说,依然是新的业务。

这也许可以解释为什么他们对Gemini-1采取了这种……非常规的方法。它不是另一台CISC,RISC甚至是VLIW机器。它更像是一个智能RAM,在存储单元之间散布着数百万个处理单元。只要使用正确的软件,数据集和 tailwinds,Gemini-1就能每秒产生超过100万亿次操作。即使与英特尔,谷歌,Nvidia或GraphCore最雄心勃勃的芯片相比,这也是个出色成绩。

但是它也高度专业化,并不适合大多数工作负载。可以玩飞行模拟器吗?运行Linux?启动RTOS?不,不,不。它基本上是按位比较加速器,GSI将其描述为APU:关联处理单元(associative processing unit. )。

Gemini-1最初是大型SRAM,考虑到公司的历史,这不足为奇。与大多数SRAM一样,存储单元排列成整洁的整齐的行和列,并且–这是重要的部分–这些行和列共享读/写位线。GSI在每条位线的末尾放置一个处理器,在这里它可以吸收来自该列中一个或多个SRAM单元的数据。将其乘以设备中的列数,Gemini-1总共拥有约200万个处理元素。


但是Gemini的许多处理器都很简单-确实很简单。他们可以进行按位AND,OR,XOR和取反,但这仅此而已。从理论上讲,这足以创建“ Turing complete”计算机,该计算机可以运行世界上的任何代码,但这并不是Gemini的真正目的。相反,它旨在解决大规模并行算术/逻辑问题,就像您在搜索或加密算法的内部循环中看到的那样。

具体而言,Gemini擅长计算 Hamming distance, Tanimoto similarity, k-nearest neighbors (KNN)或者SHA hashing。这样可以很好地搜索照片或生化“指纹”的大型数据库。

Gemini-1的die照片看起来和其他任何SRAM都一样,因为它主要是SRAM。逻辑部分几乎看不到。但是,它不能像SRAM一样工作。它有96 Mbit的L1高速缓存,2 Mbit的L2高速缓存和48 Mbit的区域,GSI将该区域称为MMB(主内存块)。GSI的商用SRAM使用6T SRAM单元制造,而Gemini使用很多10T单元。该部分是采用台积电的28nm工艺制造的。

对Gemini-1进行编程与其硬件体系结构一样独特,GSI正在努力解决这一问题。整个芯片(共200万个处理单元)通常将执行相同的操作,从而使Gemini-1成为大型SIMD机器。但是,从逻辑上讲,您可以将设备一分为二,并使这两个部分做不同的事情。您也可以将其划分为四种方式,但这是极限。

GSI已经提供了一些软件库,并且还在不断增加中,以使对芯片的编程更加容易访问。就目前而言,编码人员需要GSI的一些培训,以及对芯片设计和他们自己的数据的深入了解。要以最快的速度通过Gemini-1选流数据,需要仔细研究数据如何分区以及如何进出设备。位置决定一切。

内存比微处理器慢很多是我们这个时代的悖论之一。这就是为什么我们通过缓存来弥补差异,并在缓存之上建立缓存,这似乎是无限的。在CPU和RAM之间来回移动数据非常浪费时间和精力。这就是为什么GSI将处理器放在数据所在的位置。

尽管如此,GSI还是发现,如果您对性能基准的选择非常严格,那么Gemini的性能可以比其他处理器高出100倍。它不是系统中的主处理器,但是如果有合适的选择,它可以成为出色的加速器。


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