为数据中心打造的高级芯片Piton 到底有什么特别之处？

在8月23日的旧金山Hot Chips大会上，普林斯顿大学的研究人员公布了其名为“Piton
”的25核处理器芯片的细节，并提出用8000个Piton塞满一台计算机，打造成20万内核总数计算机的非凡设想。一般个人计算机的芯片只有4～8个内核，而Piton为大型数据中心支持大流量数据、具有高度可扩展性、能够支持多个处理器核心等特点量身打造。20万内核计算机的设想如果真的实现，就要看哪一家厂商愿意使用它了。

Piton可以大幅度提高运算数据并节省能耗，其构造上具有出色的可扩展性，这意味着几千个这样的芯片可组合起来，构成一个具有数百万个处理器的整体系统。

普林斯顿大学的教授David Wentzlaff说道：“在Piton制作工程中，我们重新思考了计算机的架构，专门为数据中心和云打造这样一个特殊的芯片。这是目前学术界制作的最大的芯片之一，它可以更有效地运行，并且更便宜。”

Piton是Wentzlaff和他的学生们多年来共同努力的成果，目前的版本是6mm x 6mm的面积，包含4.6亿个晶体管，每一个晶体管只有32纳米长，除了用电子显微镜，肉眼根本无法可见这些晶体管。

总的来说，Piton有以下三大特点：

• “执行破风”

Piton的设计专注于挖掘同一个芯片上运行程序的共性。其中一种方法被称作是“执行破风”（Execution Drafting），这很类似于在自行车比赛中，车手们组成特定的队形，利用领骑手破风所形成的气流（Drafting），以此减少阻力节省能量。

在一个数据中心里，通常多个用户运行的程序依赖着相似的处理器操作。Piton的内核们可以识别出这些程序之间的关系，并且连续执行相同的指令，所以内核们一个接一个地循环运行，就像是一列赛车手一样。研究人员表示，这样运行的效果是，比起普通的内核，可以提高大约20%的能效。

• 流量整形器

一般来说，多个程序相互挤占计算机内存。Piton会有一个内存流量整形器（Memory-traffic Shaper），这个功能就像是一个在繁忙的十字路口的“流量警察”，它评估每一个程序的需要，相应地调整它们的内存请求，指挥程序们顺畅流通，避免发生堵塞。与传统分配方法相比，这个可以让芯片的性能提高18%。

• 高效的缓存管理

Piton芯片本身的内存管理也十分高效。这种内存，就是通常所说的“缓存”。在大多数的设计中，一个芯片的所有内核都会共享缓存，但是这种策略在多个内核要获得并修改缓存的时候，就会出现冲突的问题。Piton并未采纳这种共享的方法，而是给缓存的区域和特定的内核分配了不同的用途。研究人员表示，这样一来，每个芯片的效率能够提升29%，而且当一个数据中心里数百万的内核一起运行的时候，系统的效率还会成倍增加。

研究人员表示，这些经过改善的特性，与现存的生产标准保持一致，可以应用于生产实践中。为了促进Piton的发展和应用，普林斯顿大学已经把Piton的设计开源，公众和研究人员都可以点击这个网站获得相关信息。

Via Princeton University News Room

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