72核心288線程，英特爾想玩大的？

日前有消息稱，Intel將在代號為“Knights Landing”的下一代Xeon Phi協(xié)處理器中配備多達(dá)60個(gè)核心，而Intel最新公布的資料顯示，Knights Landing的核心數(shù)量最多是72個(gè)！Xeon Phi是用來搭配Xeon、面向高性能計(jì)算領(lǐng)域的專用協(xié)處理器，目前這種架構(gòu)已經(jīng)在很多超級計(jì)算機(jī)中得到應(yīng)用。

Intel透露說，Knights Landing的核心架構(gòu)是Silvermont，是的，你沒看錯(cuò)。這個(gè)Silvermont就是平板機(jī)和迷你機(jī)上的Bay Trail處理器的核心，雖然這種核心規(guī)模不大，本身性能不是很強(qiáng)悍，但是通過多達(dá)72個(gè)核心288個(gè)線程，以及針對高性能計(jì)算的各種優(yōu)化，雙精度浮點(diǎn)性能可以超過3TFlops，堪稱怪獸。

為什么我們平板，手機(jī)上用的Bay Trail處理器核心會成為超級計(jì)算機(jī)的核心呢？

超級計(jì)算機(jī)之路

其實(shí)，計(jì)算機(jī)最早的需求就是從超級計(jì)算機(jī)開始的，無論是實(shí)際上第一臺機(jī)械計(jì)算機(jī)（英國巴貝奇爵士設(shè)計(jì)，未最終完成），還是第一臺電子計(jì)算機(jī)eniac，都是做科學(xué)計(jì)算用的。

計(jì)算機(jī)發(fā)展到PC反而是蘋果公司和Wintel聯(lián)盟出現(xiàn)以后的事情，發(fā)展到今天的智能手機(jī)則是上個(gè)世紀(jì)90年代以后了。

計(jì)算機(jī)性能的擴(kuò)展有兩條道路，一條的不斷改進(jìn)制造工藝，提升芯片設(shè)計(jì)水平，把單個(gè)芯片設(shè)計(jì)的很強(qiáng)悍，提升性能。還有一條道路是盡可能用比較多的機(jī)器并行，用多機(jī)機(jī)器一起運(yùn)算來提升性能。

自從計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以來，就一直沿著這兩條道路在前進(jìn)。在這個(gè)發(fā)展過程中，以深藍(lán)1997年戰(zhàn)勝國際象棋大師卡斯帕羅夫?yàn)闃?biāo)志，代表了人類智能被機(jī)器超越。

從高大上到平民化

早期，超級計(jì)算機(jī)都是昂貴的高級貨，處理器是專門設(shè)計(jì)的，芯片組是配套的，甚至每根連接線都是定制的。這個(gè)成本極高。

而隨著PC和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)追求強(qiáng)大的計(jì)算能力可以不那么昂貴。于是，人們開始嘗試用大批量生產(chǎn)的PC或者工作站來攢超級計(jì)算機(jī)。

若干臺PC或者工作站通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，把任務(wù)分給這些機(jī)器并行，然后返回，計(jì)算能力絲毫不弱于昂貴的專用超級計(jì)算機(jī)，于是傳統(tǒng)的超級計(jì)算機(jī)開始沒落。

這個(gè)時(shí)代出現(xiàn)了很多平民化的超級計(jì)算機(jī)，譬如用浩鑫HTPC準(zhǔn)系統(tǒng)湊起來的超級計(jì)算機(jī)，把一個(gè)學(xué)校的MAC電腦湊起來的超級計(jì)算機(jī)等等，這些看似玩具的東西居然一度占據(jù)了TOP500超級計(jì)算機(jī)排行榜，甚至谷歌自己用的服務(wù)器也是用這種辦法攢出來的。

而在這個(gè)過程中，人們發(fā)現(xiàn)，限制超級計(jì)算機(jī)能力居然是功耗，人們不能堆積太多的數(shù)量是因?yàn)楣β屎桶l(fā)熱限制，性能功耗比甚至比性能本身更重要。

于是，IBM開發(fā)出藍(lán)色基因，不追求單個(gè)核心的高性能，而是降低功耗，攢更多的數(shù)量來提升性能。但是因?yàn)閱为?dú)開發(fā)這種處理器在批量和成本上無法與通用的PC處理器相比，并沒有流行開。

Cell和GPU引發(fā)的變革

索尼為了提升PS3游戲機(jī)的性能，聯(lián)合IBM搞了Cell處理器，這是異構(gòu)計(jì)算的開始。因?yàn)樵谟?jì)算任務(wù)中，有些任務(wù)是簡單的，不需要復(fù)雜的邏輯處理，只需要足夠的計(jì)算單元暴力計(jì)算，這樣處理器就可以設(shè)計(jì)成兩部分，一個(gè)簡單的運(yùn)算核心，幾個(gè)強(qiáng)大的簡單計(jì)算單元，這就是Cell的思路。

因?yàn)檫@種計(jì)算編程難度太高，所以Cell用在游戲機(jī)上并不成功，但是這個(gè)思路可以拿到電腦上，這就是我們熟悉GPU通用計(jì)算。

因?yàn)?D的需求，顯卡有強(qiáng)大的計(jì)算能力，這種能力只用于3D游戲浪費(fèi)了，于是在Cell之后就有了GPU的通用計(jì)算，CPU處理復(fù)雜任務(wù)，GPU處理暴力計(jì)算，nVIDIA甚至搞出來CUDA專門解決這個(gè)問題，而且在GPU的設(shè)計(jì)上就為通用計(jì)算做了優(yōu)化。

單臺計(jì)算機(jī)異構(gòu)化，獲得強(qiáng)大的計(jì)算能力，那么就可以把這些單臺計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，組成計(jì)算能力強(qiáng)大的異構(gòu)超級計(jì)算機(jī)。

于是中國在2009年搞出來天河一號超級計(jì)算機(jī)，就是CPU和GPU異構(gòu)組成的超級計(jì)算機(jī)，一度排名世界第一。百度搞人工智能的計(jì)算機(jī)也是這種異構(gòu)的超級計(jì)算機(jī)。

Intel的反擊

如果以后超級計(jì)算機(jī)全部異構(gòu)化，那么CPU提供的計(jì)算能力只占一小部分，這無疑代表了nVIDIA和AMD要搶Intel的飯碗，Intel當(dāng)然不能坐以待斃。

于是Intel開始自己做異構(gòu)用的芯片，這就是Larrabee計(jì)劃，其實(shí)GPU本來就是一個(gè)個(gè)小的計(jì)算核心，然后組合起來。而Intel手里是有小核心的，這就是當(dāng)年的奔騰一代處理器核心P54C。

Intel把這款20年的老核心集成起來做成眾核，做成協(xié)處理器，可以做3D顯卡，也可以做超級計(jì)算機(jī)的協(xié)處理器。這個(gè)項(xiàng)目初期失敗了。但是，Intel在這個(gè)基礎(chǔ)上發(fā)展出來了“眾核架構(gòu)”(MIC)的Xeon Phi協(xié)處理器。并且獲得了天河2號（目前世界第一超級計(jì)算機(jī)）的選用，Intel扳回一城。

Knights Landing的升級

協(xié)處理器的能力取決于小核心的計(jì)算能力，P54C這個(gè)20年前的核心弱爆了。而Silvermont作為Intel反擊移動市場的利器，性能功耗比非常出色，于是，Intel把這個(gè)小核心攢起來做成眾核的Xeon Phi，這就是Knights Landing。

Knights Landing的72個(gè)核心將每兩個(gè)核心構(gòu)成一個(gè)模塊(Tile)，然后再通過Mesh網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)連接在一起，共享36MB緩存，還有816GB HBM高帶寬顯存充當(dāng)三級緩存。

在內(nèi)存規(guī)格上，Knights Landing支持六通道的DDR4-2400，最大容量384GB。在擴(kuò)展方面則集成36條PCI-E 3.0通道，可以在一臺主機(jī)上插數(shù)塊，提升幾倍運(yùn)算能力。據(jù)了解，中國的下一代超級計(jì)算機(jī)很有可能用上。

所以，低功耗的移動處理器變身超級計(jì)算機(jī)核心，實(shí)際是技術(shù)不斷探索發(fā)展經(jīng)過幾代進(jìn)步的結(jié)果，隨著Intel未來移動桌面合一的計(jì)劃，超級計(jì)算機(jī)會更加強(qiáng)大，我們的生活也會隨之改變。

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