Sức mạnh xử lý song song! Khám phá công nghệ AMD accelerated parallel processing

Sức mạnh xử lý song song! Khám phá công nghệ AMD accelerated parallel processing

Chào mừng bạn đến với các giải pháp AMD embedded, đây là một module đào tạo về công nghệ AMD accelerated Parallel processing, một công nghệ tiên phong trong lĩnh vực xử lý đa nhân. Đầu tiên, chúng ta hãy xác định Hai loại bộ xử lý đa nhân chính mà chúng ta sẽ thảo luận. Loại phổ biến nhất là bộ xử lý đa nhân đồng nhất (homogeneous multi-core processor). Trong bộ xử lý đa nhân đồng nhất, mỗi nhân xử lý đều giống nhau, điều này áp dụng cho các CPU đa nhân truyền thống hiện nay có từ hai đến 16 nhân xử lý x86.

Một loại khác là bộ xử lý đa nhân không đồng nhất (heterogeneous multi-core processor) có nhiều nhân xử lý khác nhau. Đồ thị này biểu thị một bộ xử lý đa nhân không đồng nhất với 4 nhân xử lý x86 và 80 nhân xử lý đồ họa. Tiếp theo, chúng ta hãy xem sự phát triển giữa hai loại bộ xử lý này. Đồ thị này minh họa sự tiến hóa của CPU. Đồ thị bên trái cho thấy điểm xuất phát của chúng ta là các bộ xử lý đơn nhân. Theo thời gian, hiệu suất của chúng tăng lên, nhưng đi kèm với sự tăng hiệu suất đó là sự tăng cường về công suất và phức tạp về kiến trúc lõi để quản lý sự tăng cường về phức tạp và công suất.

Để giải quyết sự tăng phức tạp và công suất này, các kiến trúc sư đã bắt đầu đặt nhiều nhân xử lý vào một bộ xử lý. Điều này cho phép các giải pháp truy cập vào hiệu suất lớn hơn mà không cần tăng thêm công suất hoặc phức tạp của vi mạch. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi sang kiến trúc phần mềm đa nhân mất một thời gian. Hiện nay, các kiến trúc phần mềm đa nhân đã được phát triển để cho phép khai thác hiệu suất có sẵn và khả năng mở rộng lên nhiều nhân xử lý trong một bộ xử lý. Tuy nhiên, chúng ta đang gặp rào cản về công suất, tức là số lượng nhân xử lý x86 có thể được đưa vào một bộ xử lý duy nhất. Chu kỳ tiến hóa tiếp theo bắt đầu với sự chuyển từ tính đồng nhất sang tính không đồng nhất trong tính toán.

Đồ thị bên phải cho thấy chúng ta ở đâu trên đường cong hiệu năng của tính không đồng nhất. Chúng ta mới chỉ bắt đầu di chuyển lên theo đường cong hiệu năng và mới chỉ bắt đầu thấy rõ sự tăng hiệu suất và hiệu quả mà kiến trúc không đồng nhất có thể mang lại. Thử thách hiện tại đặt ra là các mô hình lập trình có sẵn để phát triển phần mềm cho các giải pháp không đồng nhất. Tuy nhiên, những thách thức đó đang được vượt qua thông qua các giải pháp phần mềm như OpenCL và Direct Compute, mà chúng ta sẽ nói thêm về sau. Nhưng GPU thì sao? Làm thế nào chúng ta đạt được thành tựu hiện nay? GPU luôn cung cấp khả năng xử lý thông qua công nghệ throughput và đã được phát triển ngày càng có khả năng lập trình hơn. Một dòng GPU tiên tiến có khả năng xử lý đồ họa 3D chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu giao diện trực quan điều khiển hiện đại của máy tính hiện nay.

GPU hiện nay được xây dựng trên kiến trúc xử lý đa luồng tiên tiến, có khả năng xử lý hàng trăm dữ liệu cùng lúc trong một chu kỳ. Các công cụ phần mềm như Direct Compute và OpenCL cho phép nhà phát triển tạo ra các ứng dụng tuân thủ tiêu chuẩn kết hợp sức mạnh của CPU và GPU. Ở trung tâm của mọi thông tin liên lạc nằm bộ điều khiển Northbridge, được sử dụng để điều khiển giao tiếp giữa CPU, GPU, RAM, BIOS và bộ điều chỉnh Southbridge. Mỗi kiến trúc có những điểm mạnh và yếu riêng. Một mình không thể giải quyết được những vấn đề phức tạp mà sẽ đặt ra thách thức đối với máy tính trong tương lai. Và đây là lúc xuất hiện đơn vị xử lý gia tăng (Accelerated Processing Unit - APU), đưa tính nhúng lên một tầm cao mới.

APU là thế hệ tiếp theo của bộ xử lý AMD, kết hợp sức mạnh của công nghệ CPU AMD và đồ họa AMD Radeon chất lượng cao, tạo thành một kiến trúc tính toán không đồng nhất. Điều này kết hợp những lợi ích về sức mạnh xử lý và hiệu quả năng lượng, mang đến một cấp độ hiệu năng mới thông qua xử lý song song trong các ứng dụng có kích thước nhỏ hoặc không cần quạt. Có rất nhiều ứng dụng có thể được hưởng lợi từ kiến trúc mới này. Các ứng dụng sử dụng cảm biến để thu thập lượng dữ liệu lớn và phải phân tích, thao tác và nhanh chóng xử lý dữ liệu hoặc đưa ra kết quả là những ví dụ tuyệt vời về ứng dụng có thể và trong một số trường hợp đã tận dụng kiến trúc tính toán không đồng nhất và công nghệ AMD accelerated parallel processing.

Ví dụ, máy ảnh zimia carrera g đang sử dụng APU AMD để cung cấp 90 gigaflops sức mạnh xử lý để xử lý các ứng dụng hệ thống thị giác máy tính khó nhất, so với phiên bản trước đó chỉ cung cấp 2 gigaflops sức mạnh xử lý. Trong lĩnh vực hình ảnh y tế, xử lý đa nhân đã được sử dụng để tăng tốc thuật toán FD k, được sử dụng rộng rãi cho việc tái tạo hình tư liệu từ dữ liệu máy quét CT tia X, nhằm cải thiện phân tích và tự động hóa trong các ứng dụng kỹ thuật số quảng cáo và giám sát. Các công ty đã phát triển các thuật toán để xác định xem chủ thể hoặc khán giả có phải là nam hay nữ và có phải là trẻ em hay người lớn hay không, và họ đang làm việc để tăng tốc việc phân tích dữ liệu hình ảnh này thông qua xử lý đa nhân. Một công ty đang nghiên cứu sử dụng xử lý đa nhân để thay thế DSP trong việc xử lý dữ liệu sóng milimet để tìm các thiết bị nổ tự chế trong lòng đất. Những ứng dụng tương tự có thể được áp dụng để thay thế DSP trong viễn thông và hình ảnh radar di động. Hiện vẫn đang tiến hành các đánh giá giá trị khởi đầu với việc sử dụng xử lý đa nhân cho việc kiểm tra gói dữ liệu sâu thông qua đánh giá giám sát gói dữ liệu. Với các giải pháp HPC được đánh giá cao và công nghệ GPU stream tiên tiến của chúng tôi, AMD tiếp tục hỗ trợ khách hàng và đối tác HPC trên toàn thế giới với những giải pháp tính toán mạnh mẽ và cân bằng cho các khối công việc HPC đòi hỏi cao và gần đây, Penguin Computing đã lắp đặt cụm HPC đầu tiên sử dụng Bộ xử lý AMD Fusion A Series tại Trung tâm quốc gia Sandia.

Hầu hết các ứng dụng yêu cầu tính toán mạnh mẽ đều liên quan đến các thuật toán phức tạp với toán học chuyên biệt. Những thuật toán này có thể làm căng mạnh ngay cả CPU đa nhân mạnh nhất, dẫn đến tăng thời gian tính toán và tiêu hao năng lượng. Sử dụng kiến trúc song song cao nhất của các động cơ SIMD của AMD có thể cải thiện đáng kể hiệu năng. Khách hàng muốn tập trung vào việc phát triển ứng dụng, chứ không phải tạo ra các môi trường phát triển phần cứng tùy chỉnh và phần mềm. Giờ đây, họ có thể tận dụng các giải pháp bo mạch và hệ thống có thể lập trình được sẵn có từ cửa hàng và môi trường phần mềm tiêu chuẩn để nhanh chóng phát triển các ứng dụng mới sáng tạo và yêu cầu khả năng tùy chỉnh của lĩnh vực cụ thể. Số lượng thư viện OpenCL cụ thể miền đang ngày càng phát triển, cho phép nhà phát triển tận dụng chúng trong ứng dụng của mình.

AMD Embedded Solutions đã giới thiệu các sản phẩm tương thích với OpenCL với nhiều tùy chọn về công suất và hiệu suất để hỗ trợ các ứng dụng xử lý đa luồng. AMD G-Series APU nhúng công nghệ kỹ xảo, cho phép các ứng dụng nhỏ và tiết kiệm năng lượng mở rộng hiệu suất thông qua xử lý đa luồng mà không tăng thêm công suất hoặc chi phí hệ thống cho các thiết bị bên ngoài. GPU riêng biệt AMD nhúng cung cấp nhiều tùy chọn về mức chip hoặc mức bo mạch, đáng tin cậy về khả năng xử lý đa luồng từ 192 gigaflops đến hơn 1,3 teraflops. Có nhiều bo mạch tiêu chuẩn sẵn có được xây dựng dựa trên công nghệ APU và đồ họa riêng biệt AMD, hỗ trợ công nghệ AMD accelerated parallel processing.

Để biết danh sách các giải pháp bo mạch này, vui lòng truy cập vào catalog sản phẩm nhúng dựa trên AMD và chọn accelerated parallel processing trong danh sách ứng dụng. Các giải pháp được liệt kê có thể được sắp xếp theo hình thức, bộ xử lý hoặc ứng dụng. AMD cung cấp nguồn tài nguyên phong phú để giúp nhà phát triển tìm hiểu cách bắt đầu phát triển phần mềm cho các ứng dụng xử lý đa luồng. Đối với các buổi hội thảo trực tuyến, hướng dẫn, Development Kit của AMD cho việc phát triển phần mềm hỗ trợ OpenCL bao gồm các mẫu và demoes, và các công cụ phát triển, vui lòng truy cập trang web AMD Developer Central tại developer.amd.com. Cho dù bạn chỉ đánh giá cách xử lý đa luồng có thể cải thiện hiệu suất của ứng dụng của mình hay đang tìm kiếm một điểm khởi đầu cho việc phát triển phần mềm, cũng có một số ứng dụng mẫu được bao gồm trong Development Kit về xử lý đa luồng. Bên cạnh đó, bạn cũng có thể tham khảo AMD APU Developer Showcase, một triển lãm các ứng dụng đáng chú ý và các demo được tạo ra bởi khách hàng và đối tác công nghệ sử dụng công nghệ AMD accelerated parallel processing cho nhiều lĩnh vực ứng dụng. Các lĩnh vực bao gồm vật lý, xử lý video, mô phỏng khoa học, tài chính và hình ảnh y tế.

Cảm ơn bạn đã dành thời gian để tìm hiểu về công nghệ AMD accelerated parallel processing và nguồn tài nguyên sẵn có để giúp khách hàng của bạn bắt đầu.