Основные тенденции развития архитектур специализированных многоядерных процессоров
Энергопотребление в современных интегральных схемах существенно определяется суммарной длиной проводников, доставляющих команды и данные к функциональным устройствам. Эта особенность интегральных схем учитывается при разработке архитектур энергоэффективных процессорных кристаллов. Рассмотрены многоядерные процессоры со специализированной архитектурой, предназначенные для построения вычислительных комплексов для решения задач в различных предметных областях. Выявлены тенденции в архитектурах многоядерных процессоров для поиска подходов к проектированию специализированных вычислительных комплексов на базе вновь разрабатываемых СБИС с массовым параллелизмом на уровне кристалла. Показано, что важную роль в повышении эффективности многоядерных процессоров играет специализация функциональных возможностей ядер, которая позволяет отказаться от поддержки операций, требующих применения вычислительных устройств с большой площадью. Установлено, что использование иерархии процессорных ядер на кристалле в виде локальных групп, связанных накристальной сетью, отвечает требованиям технологических процессов с нормами 28 нм и менее по ограничению площади синхронной тактовой сети. Специализация при построении высокоэффективных многоядерных процессоров позволяет сократить площадь вычислительного узла и увеличить таким образом количество ядер на кристалле. Локальная память ядер, блоки умножения и поддержки вычислений плавающей точки являются основными узлами, определяющими площадь кристалла. Поэтому проектирование архитектуры на ранних стадиях разработки следует проводить с учетом требований предметной области к этим устройствам и типам операций. Характеристики рассмотренных многоядерных процессоров подтверждают вывод о предпочтительности применения многоуровневой иерархии вычислительных узлов с асинхронной работой узлов верхних уровней иерархии.