AMD：透過異質多核心處理器解決方案觸發新一波嵌入式產品的創新

AMD全球企業管理暨通路行銷副總裁David J. Kenyon

處理器的發展已進入「異質多核心處理器」的時代，藉由將不同型態的處理器(如GPU、DSP及一般通用處理器…等)都整合進同一顆晶片內的方式，不僅可為設備創造強大運算能力，也替嵌入式系統業界產品的功能及操作應用模式帶來不少創新性改變。但在這提升的過程中，如果開發人員還沿用過去單核心處理器的作業思維，可提升的效果就會相當有限。

就像內燃機自19世紀初發明後，即迅速被應用至轎車、卡車、摩托車…等各式類型的交通工具，並在1990年代基於環保節能的理由，又有汽電混合式內燃機出現的狀況類似─從1960年代第一台使用積體電路的嵌入式電腦問世開始，由工作用的電腦、車輛、工業機械、醫療設備，至一般日常生活中的手機、平板電腦、電視機上盒…等裝置，處處都可見到積體電路多樣化應用，而且隨著時代演進，在2011年演化出「異質多核心處理器(heterogeneous multi-core processor)」，以滿足現在如即時錄影、3D繪圖運算、人機語音/肢體互動…等需要複雜或大量計算的需求。

所謂「異質多核心處理器」意指將不同型態的處理器(如GPU、DSP及一般通用處理器…等)都整合進同一顆晶片內，並彼此共享相同的主記憶體的處理器設計架構。AMD全球企業管理暨通路行銷副總裁David J. Kenyon表示，受到半導體製程、電力消耗及架構複雜性…等物理條件限制，過去傳統單核心處理器架構一昧追求高時脈，藉由提高其運算效能的發展思維已經到了極限，因此有業者開始思考採用多核心的處理器架構，透過將多個處理計算單元整合到一顆晶片之內的方式，以解決其效能瓶頸的問題。

同質多核心處理器發展受到瓶頸

早期業者在設計多核心處理器時，通常都是以「同質多核心處理器(Homogeneous multi-core processor)」的架構為主，其好處是當同時有多個程式被開啟時，作業系統可將其工作隨時分派到任何一顆處理器上作業。「這種架構雖然執行效能要較傳統單核心處理器來得更快，但最終還是會受到電力消耗無法無止境膨脹的限制，而且其效能表現也深受是否存在平行處理軟體的影響，未來可再延展的幅度亦不高。」而由此架構發展曲線日漸趨緩的情況來觀察，其在提升效能方面的成果已陷入停滯。

對此AMD提出其最新一代的AMD Fusion加速處理器(Accelerated Processing Unit, APU)產品，可藉由融合一般x86技術多核心中央處理器的技術、GPU系統層級的可程式化能力、DirectCompute圖形處理器應用程序介面，以及廣泛被使用於開發異質多核心處理器應用程式的兼容性產品─開放計算語言(Open Computing Language, OpenCL)…等機制於單一晶片上的方式，加速資料在不同處理核心之間傳遞作業的效率，並且協助設備製造業者由以往的同質多核心處理器環境，一舉跨入到異質多核心處理器的領域之中。

「我們不僅在業界標準中提供了新的特色，還針對高階架構體系(High-level frameworks)、視訊/影像/數學/科學/物理運算的中間層，以及各式編譯器/除錯工具…等應用發展項目進行改善。」David J. Kenyon表示：「日後設備若有高度邏輯性且需進行複雜運算的工作，會交由CPU來處理，而GPU則專門負責解決與圖形相關的高密度單一性質項目。」

異質多核心處理器發展為業界帶來新的革命

AMD Fusion加速處理器的這種做法不僅可為設備創造強大運算能力，也替嵌入式系統業界產品的功能及操作應用模式帶來不少創新性改變。「由於異質多核心處理器的出現，讓許多設備的軟硬體環境與其支援的開放標準獲得普遍性改善，因此過去許多業界因為運算支援能力不足而無法做到的構想，現在也能夠一一實現。」

像是高解析度畫質的影片播放、語音即時辨識與手勢/肢體的設備操作互動、將傳統2D的影像內容轉換成更為立體的3D格式、在裝置與裝置之間進行大量即時資訊傳遞及取得服務…等。David J. Kenyon說，無論是在手機、娛樂、視聽、醫療、消費購物、工控設備與軍事武器…等不同應用領域，現在都可看到異質多核心處理器所帶來的革命性影響。

David J. Kenyon認為：「在應用內容日趨豐富的高競爭環境下，異質多核心處理器是目前設備業者可行唯一的出路。」透過與其他不同型態強大且有效率的處理器整合，以及資料平行處理原則機制(Data Parallelism)，異質多核心處理器具備可以迅速擴充成為包含數以百個強力計算引擎的運算單元(不像同質多核心處理器的核心數有限)的能力，以提供使用者系統加速的功能。

「由於目前此一架構仍處在最初期的發展階段，未來針對某些應用項目，在其處理效能提升方面有著相當大的空間可供發揮。」David J. Kenyon說，在這提升的過程中，唯一可能的限制便是「程式開發模式(Programming models)」，如果開發人員的程式運算模式還沿用過去單核心處理器的作業思維，那其可提升的效果會相當有限。

為了協助業者培養新的思維，並且有能力「以更快的速度開發更快的程式碼(Code Faster, Faster Code)」，AMD針對OpenCL及AMD Fusion APU產品的開發人員建置了AMD Developer Central網站(http://developer.amd.com)，其內容除提供各式軟體開發SDK、AMD gDEBugger、AMD APP KernelAnalyzer、AMD CodeAnalyst Performance Analyzer、x86 Open64 Compiler Suite及AMD APP Profiler…等工具之外，並有相關的主題論壇、研討會、技術文件、元件/函式庫、範例程式碼…等資源，讓有興趣投入的業者可以在此進行線上交流互動。

David J. Kenyon說：「我們希望透過這種由軟體、工具及合作夥伴解決方案所共同構成的生態體系，幫助業者們簡化開創、發展及佈建各項真正適用於異質多核心處理器產品的過程與方法。」

AMD在異質多核心處理器對業者的承諾

目前AMD的加速平行處理(Accelerated parallel processing, APP)技術已廣泛被利用於一般網路、機械視訊、醫療影像、智慧訊號、視訊監控、Notebook、國防科技及綠色高效能計算(Green High-performance computing, Green HPC)…等領域範疇上。David J. Kenyo表示：「目前典型的應用範例，像是放射線追蹤、科學模擬、地震波影像、即時行星模型建立…等項目，都是先依靠AMD Fusion APU所提供的開發套件及OpenCL工具來撰寫相關程序，並再透過GPU強大的圖形影像處理執行能力而加速完成。」

AMD Fusion APU不僅能夠有效組合低耗能的x86晶片與平行處理程序，其內建的AMD Radeon Discrete GPUs亦擁有卓越的平行處理效能、透過設定即能符合應用程式需要，以及能夠與各種多樣化的CPU搭配…等特性。

以美國艾默生電氣集團(EMERSON)這家公司的大型工廠流程管理為例，為了將其公司內的感應器及偵測器全都由以往的有線網路改用無線網路串接，並達到提高公司工廠管理效能的目的，該公司計劃要將重新計算100個節點所需時間，降至1分鐘以內完成。「為此該公司以AMD G系列APU為平台基礎，導入TMT的平行運算軟體來解決。」而該計劃最後完成之時，250個節點只要耗時14秒就能完全處理完畢。

目前AMD無論是在軟體、機板及系統方面都擁有眾多合作夥伴，如TMT、SAGE、VIOSOFT、ArcSoft、Brown Deer、CAPS、PolyCore、Zircom…等。David J. Kenyo說，異質多核心處理器是未來的趨勢，勢必會在市場上觸發一波新的創新及應用。對此AMD承諾將會持續依循OpenCL…等開放標準來提供相關業者服務，簡化開發過程以協助其有效運用先進的平行運算架構，讓整合後的CPU/GPU能夠充份發揮其威力，為嵌入式裝置平台開發業者提供更卓越的效能與更佳的執行表現。

AMD於研討會現場攤位中向客戶介紹最新嵌入式系統異質多核心處理器解決方案。