協(xié)處理器是什么
協(xié)處理器(coprocessor),一種芯片,用于減輕系統(tǒng)微處理器的特定處理任務(wù)。
協(xié)處理器,這是一種協(xié)助中央處理器完成其無(wú)法執(zhí)行或執(zhí)行效率、效果低下的處理工作而開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的處理器。這種中央處理器無(wú)法執(zhí)行的工作有很多,比如設(shè)備間的信號(hào)傳輸、接入設(shè)備的管理等;而執(zhí)行效率、效果低下的有圖形處理、聲頻處理等。為了進(jìn)行這些處理,各種輔助處理器就誕生了。需要說(shuō)明的是,由于現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)中,整數(shù)運(yùn)算器與浮點(diǎn)運(yùn)算器已經(jīng)集成在一起,因此浮點(diǎn)處理器已經(jīng)不算是輔助處理器。而內(nèi)建于CPU中的協(xié)處理器,同樣不算是輔助處理器,除非它是獨(dú)立存在。
特定處理任務(wù)
例如,數(shù)學(xué)協(xié)處理器可以控制數(shù)字處理;圖形協(xié)處理器可以處理視頻繪制。例如,intel pentium 微處理器就包括內(nèi)置的數(shù)學(xué)協(xié)處理器。
內(nèi)核相連
協(xié)處理器可以附屬于ARM處理器。一個(gè)協(xié)處理器通過(guò)擴(kuò)展指令集或提供配置寄存器來(lái)擴(kuò)展內(nèi)核處理功能。一個(gè)或多個(gè)協(xié)處理器可以通過(guò)協(xié)處理器接口與ARM內(nèi)核相連[1] 。
協(xié)處理器可以通過(guò)一組專門的、提供load-store類型接口的ARM指令來(lái)訪問(wèn)。例如協(xié)處理器15(CP15),ARM處理器使用協(xié)處理器15的寄存器來(lái)控制cache、TCM和存儲(chǔ)器管理。
擴(kuò)展指令集
協(xié)處理器也能通過(guò)提供一組專門的新指令來(lái)擴(kuò)展指令集。例如,有一組專門的指令可以添加到標(biāo)準(zhǔn)ARM指令集中,以處理向量浮點(diǎn)(VFP)運(yùn)算。
這些新指令是在ARM流水線的譯碼階段被處理的。如果在譯碼階段發(fā)現(xiàn)是一條協(xié)處理器指令,則把它送給相應(yīng)的協(xié)處理器。如果該協(xié)處理器不存在,或不認(rèn)識(shí)這條指令,則ARM認(rèn)為發(fā)生了未定義指令異常。這也使得編程者可以用軟件來(lái)仿真協(xié)處理器的行為(使用未定義指令異常服務(wù)子程序)。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)
協(xié)處理器80x87的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。它可分為二個(gè)主要部分:控制部件(CU)和數(shù)值執(zhí)行部件(NEU)。
控制部件(CU)把協(xié)處理器接到CPU的系統(tǒng)總線上,協(xié)處理器和CPU都監(jiān)視正在執(zhí)行的指令流。如果當(dāng)前將要執(zhí)行的指令是協(xié)處理器指令(即:ESCape指令),那么,協(xié)處理器會(huì)自動(dòng)執(zhí)行它,否則,該指令將交給CPU來(lái)執(zhí)行。
數(shù)值執(zhí)行部件(NEU)復(fù)制執(zhí)行所有的協(xié)處理器指令,它有一個(gè)用8個(gè)80位的寄存器組成的堆棧,該堆棧用于以擴(kuò)展精度的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)格式來(lái)存放數(shù)學(xué)指令的操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果。在協(xié)處理器指令的執(zhí)行過(guò)程中,要么指定該堆棧寄存器中的數(shù)據(jù),要么使用壓棧/出棧機(jī)制來(lái)從棧頂存放或讀取數(shù)據(jù)。
在NEU部件中,還有一些記錄協(xié)處理器工作狀態(tài)的寄存器,如:狀態(tài)寄存器、控制寄存器、標(biāo)記寄存器和異常指針寄存器等。有關(guān)這些寄存器的作用將在后面給予分別介紹。
intel協(xié)處理器有什么用
協(xié)處理器在超級(jí)計(jì)算機(jī)領(lǐng)域嶄露頭角,與中國(guó)合作的天河二號(hào)繼續(xù)霸占全球No.1寶座,Intel近日又披露了 下一代產(chǎn)品“Knights Landing”的更多技術(shù)細(xì)節(jié),進(jìn)步之大令人震驚。
現(xiàn)在的Xeon Phi只是協(xié)處理器,需要做成PCI-E擴(kuò)展卡的樣式,搭配Xeon E6-2600/v2系列中央處理器才能運(yùn)作,只是起到加速作用。
幸運(yùn)的是,Xeon Phi雖然基于新的IMC眾核架構(gòu),但本質(zhì)上依然是x86,所以同樣可以扮演中央處理器的角色,原生運(yùn)行操作系統(tǒng)。
Intel披露說(shuō),Knights Landing將有協(xié)處理器、主處理器兩種樣式供選擇,其中后者可安裝在標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器機(jī)架內(nèi),完全原生運(yùn)行各種程序,而不需要專門的協(xié)處理器,這將大大簡(jiǎn)化編程難度,消除內(nèi)存、PCI-E、網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的延遲,進(jìn)而提升性能。
制造工藝也會(huì)從22nm進(jìn)步到最新的14nm,更有利于縮小內(nèi)核面積、擴(kuò)大計(jì)算規(guī)模、降低整體功耗。
特別是在內(nèi)存配置方面,Knights Landing會(huì)提供三種不同的方式,同時(shí)只需標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)存編程模型即可,不像其它百億億次超高性能計(jì)算的概念設(shè)計(jì)那樣還得開(kāi)發(fā)特定的代碼。
Knights Landing的主處理器版本會(huì)在內(nèi)部整合封裝高帶寬的內(nèi)存緩沖(膠水式而非原生),再搭配外部的DDR3、DDR4內(nèi)存,將極大地提升內(nèi)存密集型應(yīng)用的性能。
根據(jù)今年早些時(shí)候泄露的一張幻燈片,Knights Landing將在2015年初發(fā)布,支持AVX 3.1指令集、DDR4內(nèi)存、PCI-E 3.0總線。
具體性能暫時(shí)沒(méi)有官方數(shù)據(jù),據(jù)說(shuō)雙精度浮點(diǎn)速度可以提升到大約3TFlops,能效折合14-16GFlops/W,而現(xiàn)在的Knights Corner只有大約1TFlops、4-6GFlops/W。
不過(guò)這比起GPU來(lái)說(shuō)還是有些弱,比如NVIDIA的開(kāi)普勒現(xiàn)在就有5.7GFlops/W,下一代麥克斯韋可達(dá)8-16GFlops/W。
評(píng)論