AMD：透过异质多核心处理器解决方案触发新一波嵌入式产品的创新

AMD全球企业管理暨代理行销副总裁David J. Kenyon

处理器的发展已进入「异质多核心处理器」的时代，藉由将不同型态的处理器(如GPU、DSP及一般通用处理器…等)都整合进同一颗芯片内的方式，不仅可为设备创造强大运算能力，也替嵌入式系统业界产品的功能及操作应用模式带来不少创新性改变。但在这提升的过程中，如果开发人员还沿用过去单核心处理器的作业思维，可提升的效果就会相当有限。

就像内燃机自19世纪初发明后，即迅速被应用至轿车、卡车、摩托车…等各式类型的交通工具，并在1990年代基于环保节能的理由，又有汽电混合式内燃机出现的状况类似─从1960年代第一台使用集成电路的嵌入式电脑问世开始，由工作用的电脑、车辆、工业机械、医疗设备，至一般日常生活中的手机、平板电脑、电视机顶盒…等装置，处处都可见到集成电路多样化应用，而且随着时代演进，在2011年演化出「异质多核心处理器(heterogeneous multi-core processor)」，以满足现在如实时录影、3D绘图运算、人机语音/肢体互动…等需要复杂或大量计算的需求。

所谓「异质多核心处理器」意指将不同型态的处理器(如GPU、DSP及一般通用处理器…等)都整合进同一颗芯片内，并彼此共享相同的主存储器的处理器设计架构。AMD全球企业管理暨代理行销副总裁David J. Kenyon表示，受到半导体制程、电力消耗及架构复杂性…等物理条件限制，过去传统单核心处理器架构一昧追求高时脉，藉由提高其运算效能的发展思维已经到了极限，因此有业者开始思考采用多核心的处理器架构，透过将多个处理计算单元整合到一颗芯片之内的方式，以解决其效能瓶颈的问题。

同质多核心处理器发展受到瓶颈

早期业者在设计多核心处理器时，通常都是以「同质多核心处理器(Homogeneous multi-core processor)」的架构为主，其好处是当同时有多个程序被开启时，操作系统可将其工作随时分派到任何一颗处理器上作业。「这种架构虽然执行效能要较传统单核心处理器来得更快，但最终还是会受到电力消耗无法无止境膨胀的限制，而且其效能表现也深受是否存在平行处理软件的影响，未来可再延展的幅度亦不高。」而由此架构发展曲线日渐趋缓的情况来观察，其在提升效能方面的成果已陷入停滞。

对此AMD提出其最新一代的AMD Fusion加速处理器(Accelerated Processing Unit, APU)产品，可藉由融合一般x86技术多核心中央处理器的技术、GPU系统层级的可程序化能力、DirectCompute图形处理器应用程序界面，以及广泛被使用于开发异质多核心处理器应用程序的兼容性产品─开放计算语言(Open Computing Language, OpenCL)…等机制于单一芯片上的方式，加速数据在不同处理核心之间传递作业的效率，并且协助设备制造业者由以往的同质多核心处理器环境，一举跨入到异质多核心处理器的领域之中。

「我们不仅在业界标准中提供了新的特色，还针对高端架构体系(High-level frameworks)、视讯/影像/数学/科学/物理运算的中间层，以及各式编译器/除错工具…等应用发展项目进行改善。」David J. Kenyon表示：「日后设备若有高度逻辑性且需进行复杂运算的工作，会交由CPU来处理，而GPU则专门负责解决与图形相关的高密度单一性质项目。」

异质多核心处理器发展为业界带来新的革命

AMD Fusion加速处理器的这种做法不仅可为设备创造强大运算能力，也替嵌入式系统业界产品的功能及操作应用模式带来不少创新性改变。「由于异质多核心处理器的出现，让许多设备的软硬件环境与其支持的开放标准获得普遍性改善，因此过去许多业界因为运算支持能力不足而无法做到的构想，现在也能够一一实现。」

像是高分辨率画质的影片播放、语音实时识别与手势/肢体的设备操作互动、将传统2D的影像内容转换成更为立体的3D格式、在装置与装置之间进行大量实时信息传递及取得服务…等。David J. Kenyon说，无论是在手机、娱乐、视听、医疗、消费购物、工控设备与军事武器…等不同应用领域，现在都可看到异质多核心处理器所带来的革命性影响。

David J. Kenyon认为：「在应用内容日趋丰富的高竞争环境下，异质多核心处理器是目前设备业者可行唯一的出路。」透过与其他不同型态强大且有效率的处理器整合，以及数据平行处理原则机制(Data Parallelism)，异质多核心处理器具备可以迅速扩充成为包含数以百个强力计算引擎的运算单元(不像同质多核心处理器的核心数有限)的能力，以提供使用者系统加速的功能。

「由于目前此一架构仍处在最初期的发展阶段，未来针对某些应用项目，在其处理效能提升方面有着相当大的空间可供发挥。」David J. Kenyon说，在这提升的过程中，唯一可能的限制便是「程序开发模式(Programming models)」，如果开发人员的程序运算模式还沿用过去单核心处理器的作业思维，那其可提升的效果会相当有限。

为了协助业者培养新的思维，并且有能力「以更快的速度开发更快的程序码(Code Faster, Faster Code)」，AMD针对OpenCL及AMD Fusion APU产品的开发人员建置了AMD Developer Central网站(http://developer.amd.com)，其内容除提供各式软件开发SDK、AMD gDEBugger、AMD APP KernelAnalyzer、AMD CodeAnalyst Performance Analyzer、x86 Open64 Compiler Suite及AMD APP Profiler…等工具之外，并有相关的主题论坛、研讨会、技术文件、元件/函式库、范例程序码…等资源，让有兴趣投入的业者可以在此进行在线交流互动。

David J. Kenyon说：「我们希望透过这种由软件、工具及合作夥伴解决方案所共同构成的生态体系，帮助业者们简化开创、发展及布建各项真正适用于异质多核心处理器产品的过程与方法。」

AMD在异质多核心处理器对业者的承诺

目前AMD的加速平行处理(Accelerated parallel processing, APP)技术已广泛被利用于一般网络、机械视讯、医疗影像、智能信号、视讯监控、Notebook、国防科技及绿色高效能计算(Green High-performance computing, Green HPC)…等领域范畴上。David J. Kenyo表示：「目前典型的应用范例，像是放射线追踪、科学模拟、地震波影像、实时行星模型建立…等项目，都是先依靠AMD Fusion APU所提供的开发套件及OpenCL工具来撰写相关程序，并再透过GPU强大的图形影像处理执行能力而加速完成。」

AMD Fusion APU不仅能够有效组合低耗能的x86芯片与平行处理程序，其内建的AMD Radeon Discrete GPUs亦拥有卓越的平行处理效能、透过设定即能符合应用程序需要，以及能够与各种多样化的CPU搭配…等特性。

以美国艾默生电气集团(EMERSON)这家公司的大型工厂流程管理为例，为了将其公司内的感应器及侦测器全都由以往的有线网络改用无线网络串接，并达到提高公司工厂管理效能的目的，该公司计划要将重新计算100个节点所需时间，降至1分钟以内完成。「为此该公司以AMD G系列APU为平台基础，导入TMT的平行运算软件来解决。」而该计划最后完成之时，250个节点只要耗时14秒就能完全处理完毕。

目前AMD无论是在软件、机板及系统方面都拥有众多合作夥伴，如TMT、SAGE、VIOSOFT、ArcSoft、Brown Deer、CAPS、PolyCore、Zircom…等。David J. Kenyo说，异质多核心处理器是未来的趋势，势必会在市场上触发一波新的创新及应用。对此AMD承诺将会持续依循OpenCL…等开放标准来提供相关业者服务，简化开发过程以协助其有效运用先进的平行运算架构，让整合后的CPU/GPU能够充份发挥其威力，为嵌入式装置平台开发业者提供更卓越的效能与更佳的执行表现。

AMD于研讨会现场摊位中向客户介绍最新嵌入式系统异质多核心处理器解决方案。