如何讓這些乘加器高效地進(jìn)行并行計(jì)算？

隨著Arm生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展壯大，各種各樣的應(yīng)用場(chǎng)景層出不窮。為了更好地在特定場(chǎng)景下得到更好的性能，能耗比等指標(biāo)，針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景的加速器市場(chǎng)也在蓬勃發(fā)展，近年來火熱的人工智能加速器(Artificial Intelligence Accelerator)就是一個(gè)典型例子。

一個(gè)高效的加速器，需要精心設(shè)計(jì)的硬件以及與之搭配的軟件，兩者缺一不可，否則用戶體驗(yàn)會(huì)大打折扣，這也是為什么我們常?？吹侥承┲笜?biāo)非常驚艷的加速器，在實(shí)際使用中體驗(yàn)卻不盡如人意的原因。以人工智能加速器為例，其中基本的硬件加速單元就是乘加器的組合，但如何讓這些乘加器高效地進(jìn)行并行計(jì)算，涉及到上層數(shù)據(jù)的打包、調(diào)度，需要大量的驅(qū)動(dòng)軟件工作，而且大部分軟件開發(fā)者都是基于某種框架進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)，具體見圖 1，所以驅(qū)動(dòng)到框架的適配也很重要，甚至有一些框架不能滿足應(yīng)用的需求，需要專門開辟通道進(jìn)行優(yōu)化。

圖1:ArmNPU軟硬件框架

開發(fā)一款高性能加速器，需要投入大量人力物力，如果不能大規(guī)模使用，那么投入回報(bào)比會(huì)大大降低，甚至虧本。如果加速器能和不同Arm系統(tǒng)輕松組合，拓展Arm系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，那么應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)大大增加，生命周期也會(huì)延長。讓加速器適配不同的Arm系統(tǒng)，這對(duì)軟硬件接口和驅(qū)動(dòng)提出了非常大的挑戰(zhàn)，因?yàn)榻裉斓腁rm產(chǎn)品非常豐富，從低功耗的微處理器，主流的移動(dòng)平臺(tái)，到高端的服務(wù)器，高性能計(jì)算處理器都有相應(yīng)產(chǎn)品。對(duì)于一個(gè)加速器團(tuán)隊(duì)來說，針對(duì)盡可能多的Arm配置組合進(jìn)行開發(fā)驗(yàn)證成本將非常高昂，這里面不單單涉及IP/EDA的采購，還有系統(tǒng)的搭建維護(hù)，但如果沒有這些IP又無法將整個(gè)業(yè)務(wù)流程完整驗(yàn)證，甚至影響軟硬件接口的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

有沒有方法高效地解決加速器配套驅(qū)動(dòng)，框架，應(yīng)用軟件開發(fā)的問題呢？Fast Model！

圖2：使用DS-5調(diào)試運(yùn)行在Fast Model中的系統(tǒng)軟件

在Fast Model的例子系統(tǒng)中，Arm給出了一系列Arm核，相關(guān)IP組合的子系統(tǒng)模型，以及相應(yīng)OS，開發(fā)工具DS-5，方便客戶快速搭建軟件開發(fā)平臺(tái)，調(diào)整軟硬件接口，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)以及上層軟件的開發(fā)，具體參考圖3。

整個(gè)開發(fā)流程如下：

1.在Fast Model的例子系統(tǒng)中找到你需要的平臺(tái)，和對(duì)應(yīng)的Bootloader, Firmware,OS軟件，并將他們順利運(yùn)行

2.將Fast Model的子系統(tǒng)導(dǎo)出生成SystemC的模型子系統(tǒng)模塊

3.編寫加速器的功能模型，通過AMBA PV總線和Fast Model導(dǎo)出的子系統(tǒng)模塊進(jìn)行連接

4.編寫驅(qū)動(dòng)在目標(biāo)OS中操作加速器

5.在模型平臺(tái)上進(jìn)行軟件框架，應(yīng)用匹配移植

Arm提供了絕大部分市面可見設(shè)計(jì)的類似子系統(tǒng)，無論是基于Arm v7/v8單核，多核，多cluster系統(tǒng)，還是包含最新架構(gòu)特性的CPU系統(tǒng)，加速器開發(fā)團(tuán)隊(duì)都可以在Fast Model的例子程序里面找對(duì)類似子系統(tǒng)范例進(jìn)行適配，在設(shè)計(jì)之初就可以解決不同系統(tǒng)的適配性問題。Fast Model也提供工具讓開發(fā)者對(duì)例子系統(tǒng)進(jìn)行修改，生成新的子系統(tǒng)以滿足需要。在加速器設(shè)計(jì)之初，軟件硬件人員就可以一起利用豐富多樣的例子系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)的探索，對(duì)穩(wěn)定軟硬件接口非常有幫助，而穩(wěn)定的接口定義對(duì)長期的產(chǎn)品演進(jìn)至關(guān)重要。

圖3:基于Fast Model的加速器軟件開發(fā)

至此開發(fā)者已經(jīng)完成了大部軟硬件接口，驅(qū)動(dòng)以及框架軟件開發(fā)工作，但驅(qū)動(dòng)中的時(shí)序問題還沒有完全解決，因?yàn)镕ast Model是一款功能型模型，它為了提高運(yùn)行速度（50-200MHz），犧牲了時(shí)序信息。對(duì)于時(shí)序信息，開發(fā)者可以最后去仿真平臺(tái)甚至最終芯片上去調(diào)節(jié)，而此時(shí)軟件測(cè)試用例和框架都已經(jīng)完成，這將大大節(jié)省占用仿真平臺(tái)（MHz）進(jìn)行調(diào)試排錯(cuò)的時(shí)間，從而降低成本。