Cell处理器:创新架构的起伏与传奇

AI快讯4小时前发布 niko
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Cell处理器的诞生源于久多良木健打破计算瓶颈的远大愿景。2000年,索尼内部对未来计算架构的讨论已展开,而要让Cell概念落地,需强大合作伙伴。彼时,IBM也在寻求突破,认为现有PC处理器架构已至极限;东芝则希望增强半导体竞争力。于是,2000年底,索尼、IBM和东芝宣布共同开发Cell处理器

在合作计划发布会上,久多良木健宣称Cell将比肩IBM的DeepBlue,目标是每秒1万亿次浮点运算,未来甚至可达1千万亿次。IBM投资4亿美元设立设计中心并建设晶圆厂,索尼获IBM工艺授权,东芝采用自身工艺技术。

Cell处理器架构独特。其核心是64位PowerPC处理单元(PPE),负责系统监督协调,配备23级流水线和三级缓存,具备双线程能力。围绕PPE的是八个协同处理单元(SPE),专为数据并行处理优化,每个SPE有256KiB本地存储空间,通过内存流控制器管理的DMA传输获取数据。单元互连总线(EIB)采用四环结构,支持并发数据传输,总带宽超200GB/s,确保数据高效移动。此外,Cell采用非常规内存架构,SPE通过显式DMA操作与主内存交互,使用Rambus XDR内存,提高内存吞吐量。

2005年,Cell处理器首批样品诞生,集成1个主频4GHz的PPE和32个SPE,峰值计算性能达1TFLOPS,但因功耗、架构和生产良率问题,量产版调整为1个3.2GHz的PPE和8个SPE(屏蔽1个,游戏开发者可用6个),单精度浮点计算理论峰值仍高达230GFLOPS。在2005年E3发布会上,久多良木健展示PS3强大性能,然而开发者发现其开发难度大,且索尼在PS3架构设计上的妥协,如内存分配、向下兼容、配备蓝光光驱等,导致成本高昂、数据传输效率受影响,PS3在市场竞争中陷入被动。

Cell处理器 在游戏领域受挫后,转战服务器领域也未成功。2006年,IBM推出CellBlade服务器,后于2010年停止对第二代产品的支持。不过,在科学计算领域,Cell找到了用武之地。美国洛斯阿拉莫斯国家实验室基于Cell架构搭建了超级计算机Roadrunner,美国空军研究实验室组建了“秃鹰群”超算,索尼让PS3加入Folding@home,均取得了不错的成果。

但随着技术发展,Cell处理器 架构的短板凸显。PPE通用计算能力不及x86CPU,SPE编程难度高,软件生态不成熟,且GPU计算崛起,GPGPU技术逐渐取代其市场地位。2012年,IBM宣布不再更新Cell架构,今年3月,Linux6.15内核也将删除对IBM CellBlade服务器的支持,标志着Cell架构正式落幕。尽管如此,Cell处理器的创新理念影响深远,其SPE架构的并行计算思路为GPU计算模式提供了灵感。

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