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高性能网络处理器製造商 ‘Tilera’

编辑时间 : 2014-11-10 13:16
ACROFAN=柳在庸 | jaeyong.ryu@acrofan.com | SNS
对于电脑使用者,「性能」永远是「更需要」的。虽然每年都出现性能增强型的新处理器,可是对性能的需求往往越来越高。而且,在性能增强上最难过关就是现实中的各种物理极限。物理尺寸、电源限制、发热等常常限制人们将想像落实。为了克服这些难题,在现实的范围里提高「效率」是很重要的。

为提高「效率」,已经尝试了几种方法。最具代表的是先改进流程和架构,然后提升运行速度而提高核心处理的性能。还有,透过核心和系统平行排列,提高分散处理的效果。当然,无论做什麼都有优点和缺点,并有限制。如此,在这麼多方法中,根据在工作负载量内可以驱动的型态下来决定其使用方法。

理想的平行处理是能放置多个核心的多核技术(Many Core)。由于多核技术方面拥有独家的先进技术,还融入了最新的 GPU 或协处理器(Co-Processor)多核技术,而在业内崭露头角。但 Tilera 处理器能当驱动操作系统(OS)的主处理器(Main Processor)加上构成多核心(Many Core)状态。因此可谓这方面拥有独家的先进技术。已商业化的 Tilera 处理器搭载了高达72核心,于是多媒体设备与网络设备等需要高效率的并行处理方面带来最佳的效率。

 

Tilera 公司是无晶圆半导体公司,该公司创始人之一是麻省理工学院(MIT)教授阿南特·阿加瓦尔(Anant Agarwal),他在2004年创建了该公司。因为他所发的网格结构(Mesh)基础的多核心处理器(Multi-core processor)技术,在多核技术方面拥有独家的先进技术而成名。2007年,配有64核的第一代处理器出现之后,到如今一直不断的推出9、16、36、72核的产品。而且,其核数会越来越多。基于网格结构,每个核与构成要素透过高速网络结合,在多核技术方面拥有独家的先进技术。

处理器的特徵是处理器本身可以配置系统的多核(Many Core),比起与一般多核(Many Core)配有的加速器需要另外运作的处理器简单多了。每个处理器核心有它自己的架构,目前每核支持64位、高达 1.2GHz 的处理速度、并拥有三个运行管道、32KB指令缓存和数据缓存、256KB L2,还有共享高达18MB的L3缓存。

从这些核心内部连接于低延迟高速网络 iMesh,核心之间的互连以5线低延迟 Mesh 网络构成,最大带宽是9核,而可以期待在处理器上达到10Tbps,在72核上达到110Tbps的速度。此外,DDR3内存支持ECC 记忆体控制器根据型号的不同可以搭载多达四个,在处理器内搭载网络接口、mPIPE封包引擎、用于压缩和加密的加速器在网络应用方面上具有高性能的功能是可以期待的。

 

Tilera 公司推出主频为1.20GHz,核心数量多达72个的微处理器TILE-Gx。此时,72核心处理器 Gx8072的计算性能用 Core Mark 来衡量的话,只是单纯从数值上来看已达到从2插座级x86服务器获得的水平。

当然,每个核心的最佳性能低于 ARM Cortex-A9,但是可以期待多达72核的并行处理的较高整体性能。

此外,由于较低的运行速度和高能源效率,在1U形状系数(Form Factor)上也可以顺利地操作。每个处理器核心 400mW 以下,在36核心处理器上消耗的电量也不到30W。目前,像 SMP Linux内核(Kernel)和GCC等 GNU工具上有支持 Tilera 处理器,据说在x86上的 porting 工作也比较顺利。

目前,Tilera 处理器通过自身的参考产品(Reference Products)来提供。1U机架形式的服务器,能够安装在现有的x86服务器的应用适配器型态,是以专用板和存储器控制器应用的缓存(Cache)解决方案来构成的。此外,MicroTech的 CCR系列路由器(Router)是使用Tilera 处理器而批量生产的第一个例子。还有,台湾以及中国的硬件开发公司也正準备推出搭载 Tilera 处理器的产品。

 

Tilera 多核(Many Core) 处理器最有效地使用的部分是网络设备。Tilera的 TILE-Gx 处理器为响应于各种应用,除了处理器以外还具有各种DSP子系统。特别的是,具有高性能级网络接口和数据包处理引擎以及加密引擎的功能。于是,顶级Gx8072系列可以进行处理 80〜100Gbps的数据包和 40Gbps的SSL数据包等。

Tilera TILE-Gx 处理器的网络支援是由接口和 mPIPE 封包引擎构成的,核心处理器的产品等级取决于不同的性能。在接口方面,根据型号的不同 10Gbps XAUI 是 2~8个,1Gbps 接口是支持12~32个。

此外,这些接口连接到的 mPIPE 提供 15Mpps~150Mpps 的性能。在Gx8072 可处理最高 100Gbps 的数据吞吐量,支持加密等的 MiCA 引擎根据型号的不同可处理 10~40Gbps 的数据吞吐量。

归功于这些产品的特性,Tilera 处理器在网络设备,特别是在安全装备方面拥有大量的参考,无线设备也时常使用 Tilera 处理器。此外,在这些网络设备方面 MikroTik 顶级的路由器产品 CCR 是使用Tilera 处理器而批量生产的第一个例子,在超高性能多功能路由器市场上已经显示出极具竞争力。

 

此外,Tilera 处理器可以展示优势的部分是多媒体方面。特别是在高度并行的视频会议、即时广播,在NVR上编码任务等方面展示优势。除了因通过多个核心来的并行处理以外,还有支持 H.264 的编解码器以及为多媒体和 SIMD 处理具有扩展指令系统。另外,通过各种外部接口可以组合使用外部 FPGA 或 ASIC。

此外,在应用低电量高性能的多核(Many Core)架构的服务器上,能找到 Tilera 处理器发展可能性。由于支持64位架构,每个处理器具有72核,还是可以期待从 SMP Linux 内核和 GNU工具链上取得开发环境支持等作为服务器的功能。尤其是通常不会拘牵架构(Architecture)的云端服务器(Cloud Server),网络应用服务器,缓存服务器(Cache Server)等设备上可以期待高性能和高能源效率。

云端和大数据处理也作为应用 Tilera 处理器的一种方式。于是,对于同时连接多个处理器,高速加密处理等的并行计算,基于云端的HPC上也期待能获得更高的性能和更有效率的应用方案。此外,在现有的系统上把处理器核心和内置的接口作为加速器形式的异构计算(Heterogeneous computing),其构成方面也有望得到充分利用。

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