全球最強超級計算機搭載的SW26010處理器解析

　　全球最強超級計算機神威·太湖之光搭載的申威26010處理器每片處理器包含4個核心，片上的4個核心通過片上網絡互聯(lián)，并通過PCI-E 3.0對外連接，每個核心擁有獨立的128位DDR3控制器連接到8GB DDR3-2133內存，這樣4個核心一共擁有32GB的DDR3內存。

　　從這里可以看出SW26010實際上類似于用膠水把4個獨立的處理器粘在了一起，整合到了一個芯片里面，但是每個核心還是可以獨立工作，而且擁有獨立的128bit 8GB內存。這樣單個核心的內存帶寬達到了34GB/s，整個處理器達到了136GB/s，這樣設計最大的好處就是每個核心的帶寬是完全獨享的，缺點是空閑核心的帶寬無法共享給其他核心。

　　其中每個核心包含一個主處理器（MPE）和一個8*8的計算單元陣列（CPEs），主處理器是一個64位的RISC架構核心，用來跑操作系統(tǒng)，并且支持264位的矢量指令集，擁有32KB的L1指令緩存和32KB的L1數(shù)據(jù)緩存（總共64KB L1 cache），和256KB L2 Cache，應該說這樣的緩存配置并不算大，應該是為了節(jié)約芯片面積考慮，4個核心的主處理器加起來一共有256KB L1 cache和1MB L2 cache。

　　計算單元陣列（CPEs）是一個由64個簡化的62bit處理器（不是常見的64bit）組成，每個處理器只有16KB的L1指令緩存和64KB本地儲存，沒有L1數(shù)據(jù)緩存，并且和主處理器一樣支持264位的矢量指令集，單片處理器擁有一共256個這樣的計算單元。

　　于是加上4個主處理器，單片處理器一共擁有260個處理器核心。

　　神威·太湖之光的每個處理器卡有兩片SW26010處理器，和一共64GB內存，長得像這樣，每個處理器算一個計算節(jié)點，這樣一塊處理器卡和intel xeon phi協(xié)處理器卡類似，只是intel這樣一塊計算卡只有區(qū)區(qū)60個核心，而且不能獨立工作，還需要另外購買一個獨立的xeon主機作為管理處理器使用。而SW26010處理器集成了管理處理器，可以獨立工作，并且單個處理器卡擁有高達520個處理器核心。

　　對比一下intel xeon phi計算系統(tǒng)的結構：

　　KNC Card就是一塊intelXeon Phi協(xié)處理器卡，協(xié)處理器卡通過PCIE-X16和主處理器相連，其實看上去就像是一臺PC上面插著好幾塊顯卡。這樣一臺PC構成一個計算節(jié)點。

　　對比SW26010處理器的方案，單個節(jié)點來看，一塊SW26010的核心數(shù)量和一臺帶有4塊xeon phi計算卡的功能相當。Intel方案的麻煩在于，這樣一個計算節(jié)點的功耗和體積遠遠大于SW26010，而且intel主處理器內存和協(xié)處理器卡的內存是分離的，需要先將要處理的數(shù)據(jù)通過PCI-E x16傳輸至計算卡內存，然后計算卡才能計算，最后將結果通過PCI-E x16讀回主處理器，這樣一來一回的性能損失很多時候遠大于計算卡帶來的好處。

　　SW26010的主處理器和協(xié)處理器的內存是共享的，這樣無需來回從協(xié)處理器倒騰數(shù)據(jù)，而且可以實現(xiàn)類似AMD APU的統(tǒng)一內存尋址，大幅度提高了協(xié)處理器的使用效率，從這點來說SW26010的方案是優(yōu)于intel方案的。

　　從單個核心對比來看，Intel的phi協(xié)處理器據(jù)說是基于最早的奔騰x86方案改進而成，多了一個512位的矢量處理器，而SW26010只有264位的矢量處理器，phi擁有32KB的L1指令緩存，32KB的L1數(shù)據(jù)緩存和512KB的L2 緩存，對比SW26010的協(xié)處理器只有16KB的L1指令緩存和64KB的本地存儲，而且intel的phi核心可以支持4個物理線程，也就是超線程技術，單純從技術來講，intel的phi處理器拿出來單挑應該可以吊打單獨的SW26010的計算核心。

　　理論性能可以看出，單個intel的phi處理器是高于SW26010的計算核心，得益于超寬的512位矢量處理器（VPU），intel phi上的處理器每個時鐘可以執(zhí)行16個單精度運算或8個雙精度計算，而SW26010上的計算核心只有一半的寬度，所以最多也就8個單精度和4個雙精度，不過SW26010的核心頻率是1.45GHz，要比intel phi的1.3GHz稍高，但是這樣也很難追平intel的單個核心的理論性能優(yōu)勢。

　　但是光比理論峰值性能是沒有什么意義的，SW26010的VPU雖然比intel phi的寬度小，但是264bit的寬度而不是256bit的寬度可以提供比intel的單雙精度浮點更高的計算精度，單精度浮點可以比intel的高一倍，而雙精度可以高4倍，這在科學計算中是能夠獲得更大的優(yōu)勢，而且intel的512bit寬度的矢量運算需要更多的數(shù)據(jù)來填飽它，加上需要用PCI-E傳輸數(shù)據(jù)的瓶頸，大部分時候也只能挨餓，而SW26010可以直接訪問主存，因此在實際使用效率上不見得就會比intel phi低多少，并且某些應用場合甚至可能大幅度超過intel。