Для чего нужен сопроцессор

Сопроцессор

Различают следующие виды сопроцессоров:

* математические сопроцессоры общего назначения, обычно ускоряющие вычисления с плавающей запятой,

* сопроцессоры ввода-вывода (например — Intel 8089), разгружающие центральный процессор от контроля за операциями ввода-вывода или расширяющие стандартное адресное пространство процессора,

сопроцессоры для выполнения каких-либо узкоспециализированных вычислений.Сопроцессоры могут входить в набор логики, разработанный одной конкретной фирмой (например, Intel выпускала для процессоров 8086 и 8088 сопроцессоры 8087 и 8089, Motorola — сопроцессор Motorola 68881) или выпускаться сторонним производителем (например, Weitek (англ.) 1064 для Motorola m68k и 1067 для Intel 80286).

Связанные понятия

В области компьютеризации под аппаратным ускорением понимают применение аппаратного обеспечения для выполнения некоторых функций быстрее по сравнению с выполнением программ процессором общего назначения. Примерами аппаратного ускорения может служить блоковое ускорение выполнения в графическом процессоре и инструкции комплексных операций в микропроцессоре.

Суперскалярный процессор (англ. superscalar processor) — процессор, поддерживающий так называемый параллелизм на уровне инструкций (то есть, процессор, способный выполнять несколько инструкций одновременно) за счёт включения в состав его вычислительного ядра нескольких одинаковых функциональных узлов (таких как АЛУ, FPU, умножитель (integer multiplier), сдвигающее устройство (integer shifter) и другие устройства). Планирование исполнения потока инструкций осуществляется динамически вычислительным.

Программи́руемая логи́ческая интегра́льная схе́ма (ПЛИС, англ. programmable logic device, PLD) — электронный компонент (интегральная микросхема), используемый для создания конфигурируемых цифровых электронных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем, логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задаётся посредством программирования (проектирования). Для программирования используются программатор и IDE (отладочная среда), позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в.

AMP или ASMP (от англ.: Asymmetric multiprocessing, рус.: Асимметричная многопроцессорная обработка или Асимметричное мультипроцессирование) — тип многопроцессорной обработки, который использовался до того, как была создана технология симметричного мультипроцессирования (SMP); также использовался как более дешевая альтернатива в системах, которые поддерживали SMP.

Источник

Как устроены DPU, сопроцессоры для обработки данных

Специализированные процессоры ASIC для конкретных областей — один из способов «перезапустить» закон Мура и преодолеть ограничения универсальных CPU общего назначения. Сейчас это очень перспективная область развития микроэлектроники. Собственные проекты есть у Google, Amazon и других компаний. Например, Google выпускает тензорные процессоры Google TPU, а в дата-центрах Amazon работают чипы AWS Graviton на ядре ARM.

Первые представляют собой ASIC для нейронных сетей, вторые — 64-битные ARM общего назначения для оптимизации соотношения цены и производительности в рабочих нагрузках, требующих больших вычислительных ресурсов.

Еще один класс универсальных ASIC, где в последнее время идут активные эксперименты, — это специализированные сопроцессоры для обработки данных (data processing unit, DPU), разновидность умных сетевых карт (SmartNIC). Вот некоторые представители этого вида: Nvidia BlueField 2, Fungible и Pensando DSC-25.

Что они из себя представляют? Для каких задач подходят? Давайте посмотрим.

Что такое SmartNIC

Обычные сетевые карты (NIC) построены на интегральной схеме специального назначения (ASIC), которая спроектирована на работу Ethernet-контроллером. Часто эти микросхемы проектируют для выполнения вторичных функций. Например, контроллеры Mellanox ConnectX также поддерживают высокоскоростной протокол Infiniband. Это отличные специализированные чипы, но их функциональность нельзя изменить.

В отличие от простых сетевых карт, SmartNIC допускает загрузку в контроллер дополнительного программного обеспечения уже самим пользователем, то есть после покупки аппаратного обеспечения. Это расширяет или изменяет функциональность ASIC. Процедура чем-то похожа на покупку смартфона и установку на него различных приложений.

Чтобы такое стало возможным, SmartNIC требует повышенной вычислительной мощности и дополнительной памяти, по сравнению с обычными NIC. Речь идет о более мощных многоядерных ARM-процессорах, установке специализированных сетевых процессоров (flow processing cores, FPC) и программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA).

Схема Xilinx Alveo U25

На платах SmartNIC зачастую выделяют отдельное ядро ARM для уровня управления, некоторые платы допускают загрузку модифицированного ядра Linux. Эти специализированные ядра ARM распределяют нагрузку по остальным вычислительным модулям, собирают статистику и логи, отслеживают состояние SmartNIC. Непосредственно сетевой трафик через них не проходит.

Для каких задач подходят DPU

Сопроцессоры для обработки данных (DPU) — типичное расширение сетевых плат SmartNIC, к которым добавляют функциональность NVMe или NVMe over Fabrics (NVMe-oF). Такая плата позволяет разгрузить центральный процессор, забрав себе все задачи ввода-вывода.

Для примера можно рассмотреть устройство SmartNIC микроконтроллера Broadcom NetXtreme-S BCM58800. Он работает как программируемая сетевая карта и поддерживает (NVMe-oF).

Архитектура карты Broadcom Stingray на базе микроконтроллера BCM58800

В Broadcom Stingray установлено восемь ядер ARM v8 A72 на частоте 3 ГГц, и это, возможно, самая высокая тактовая частота среди ARM на любых SmartNIC. Сетевая карта комплектуется до 16 ГБ памяти DDR4. На аппаратном уровне поддерживается шифрование на скорости до 90 Гбит/с и некоторые функции по обработке данных: дедупликация, удаляющее кодирование RAID 5 и RAID 6.

На схеме также отмечен ускоритель TruFlow. Это патентованная технология Broadcom для аппаратного ускорения сетевых операций, в том числе операций программного коммутатора Open vSwitch (OvS) и др.

Nvidia BlueField 2

Mellanox — один из первопроходцев в разработке умных сетевых карт, и ведущим продуктом сейчас считается плата BlueField 2, которая позиционируется как Data Processing Unit (DPU).

Архитектура Nvidia/Mellanox BlueField 2

Ключевые приложения DPU:

Здесь реализован массив из восьми ядер ARM v8 A72, контроллер памяти DDR4 и двухпортовый сетевой адаптер Ethernet или InfiniBand (два на 100 Гбит/с или один 200 Гбит/с), плюс специализированные ASIC-блоки для ускорения различных функций: регулярных выражений, хэширования SHA-2 и др.

Pensando

Один из новых стартапов в области SmartNIC — компания Pensando, которая предлагает на рынке так называемые Distributed Services Card, это Pensando DSC-25 (для корпоративных серверов) и Pensando DSC-100 (для облачных провайдеров).

Pensando DSC-25 и Pensando DSC-100

Основным продуктом считается Pensando DSC-25. Это карта с одним DPU-процессором P4 (Capri) для обработки данных, дополнительными ARM-ядрами и аппаратными ускорителями отдельных функций.

Схема Pensando DSC-25

Основной процессор DPU и ARM-ядра через общую шину межсоединения подключены к контроллеру PCIe и массиву оперативной памяти (до 4 ГБ).
Отдельные аппаратные ускорители здесь называются Service Processing Offloads. Как и в карте Mellanox, они берут на себя шифрование, обработку дисковых операций и другие задачи.

Fungible

Высокоуровневая архитектура Fungible

Что дальше?

Вокруг концепции DPU в последнее время много хайпа. В этом обзоре упомянуты не все компании, которые пытаются выйти на этот рынок (Intel, Xilinx и другие).

Факт в том, что концепция SmartNIC появилась уже давно, а крупные компании вроде Google и Amazon разработали и внедрили собственные внутренние решения. В то же время был сформирован рынок, который заполнили сторонние игроки.

Сейчас появляется второе поколение SmartNIC на основе FPGA. Технология программируемых пользователем вентильных матриц созрела до такой степени, что теперь может стать основополагающей технологией для SmartNIC. Десять лет назад рынок буквально наводнили графические ускорители — это была первая значительная волна в технологиях аппаратного ускорения. Теперь, когда FPGA преодолели рубеж в три миллиона логических блоков, эти микросхемы тесно интегрируются с другими составными блоками для обработки сетевого трафика, памятью, системой хранения и вычислительными ядрами. Технологии SmartNIC и FPGA отлично дополняют друг друга.

На этом фоне можно ожидать вторую волну аппаратных ускорителей. И тогда к комплекту CPU + GPU добавится третий элемент — DPU. Сопроцессор для обработки данных освободит серверные процессоры от инфраструктурных задач. Исследования показывают, что в сильно виртуализированных средах сетевые процессы, такие как транзакции OvS, могут занимать более 30% процессорного времени на хосте. Представьте, что дисковые операции, шифрование, DPI и сложная маршрутизация выполняются отдельным модулем. Это потенциально снимет значительную часть нагрузки с CPU.
Стартапы вроде Pensando и Fungible со своими инновациями столкнулись на рынке с технологическими лидерами, такими как Xilinx, Intel, Broadcom и Nvidia. Это технологическое соревнование, за которым всегда интересно наблюдать.

Источник

Сопроцессор

Сопроцессор — специализированный процессор, расширяющий возможности центрального процессора компьютерной системы, но оформленный как отдельный функциональный модуль. Физически сопроцессор может быть отдельной микросхемой или может быть встроен в центральный процессор (как это делается в случае математического сопроцессора в процессорах для ПК начиная с Intel 486DX).

Различают следующие виды сопроцессоров:

Сопроцессоры могут входить в набор логики, разработанный одной конкретной фирмой (например Intel выпускала в комплекте с процессором 8086 сопроцессоры 8087 и 8089) или выпускаться сторонним производителем (например, Weitek (англ.) 1064 для Motorola m68k и 1067 для Intel 80286).

Сопроцессор в программировании

Сопроцессор расширяет систему инструкций центрального процессора, поэтому для его использования, программа (компилируемая без интерпретации и вызова внешних библиотек) должна содержать эти инструкции. Настройки современных компиляторов для языков высокого уровня под процессоры семейства x86 зачастую позволяют выбирать: использовать математический сопроцессор или нет, что особенно важно при создании кода, который будет исполняться внутри обработчика аппаратного прерывания.

См. также

Это заготовка статьи о компьютерах. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. Это примечание по возможности следует заменить более точным.

8 бит · 16 бит · 32 бит · 64 бит · 128 бит

Технологии цифровых процессоров
Архитектура
Параллелизм	Pipeline Конвейер · In-Order & Out-of-Order execution · Переименование регистров · Speculative execution Уровни Бит · Инструкций · Суперскалярность · Данных · Задач Потоки Многопоточность · Simultaneous multithreading · Hyperthreading · Superthreading · Аппаратная виртуализация Классификация Флинна SISD · SIMD · MISD · MIMD
Реализации	DSP · GPU · SoC · PPU · Векторный процессор · Математический сопроцессор • Микропроцессор · Микроконтроллер
Компоненты	Barrel shifter · FPU · BSB · MMU · TLB · Регистровый файл · control unit · АЛУ • Демультиплексор · Мультиплексор · Микрокод · Тактовая частота • Корпус • Регистры • Кэш (Кэш процессора)
Управление питанием	APM · ACPI · Clock gating · Динамическое изменение частоты • Динамическое изменение напряжения

Полезное

Смотреть что такое «Сопроцессор» в других словарях:

сопроцессор — сопроцессор … Орфографический словарь-справочник

сопроцессор — сущ., кол во синонимов: 1 • процессор (18) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

сопроцессор — сопроц ессор, а … Русский орфографический словарь

сопроцессор — а; м. [англ. coprocessor] Информ. Устройство компьютера, предназначенное для расширения возможностей выполнения операций … Энциклопедический словарь

сопроцессор — а; м. (англ. coprocessor); информ. Устройство компьютера, предназначенное для расширения возможностей выполнения операций … Словарь многих выражений

сопроцессор — со/процесс/ор/ … Морфемно-орфографический словарь

Математический сопроцессор — 80×287 в колодке на базовой плате персонального компьютера … Википедия

арифметический сопроцессор MC68881 — Разработан фирмой Motorola для поддержки микропроцессора MC68030 при выполнении операций с плавающей точкой по стандарту IEЕЕ 754 с одинарной, двойной и увеличенной точностью, а также при вычислении тригонометрических функций. Тактовые частоты… … Справочник технического переводчика

арифметический сопроцессор i8087 фирмы Intel — (для МП типов: i8086, i8088) Выполняет с помощью 68 команд арифметические операции над десятичными и целыми числами, а также над 20 разрядными числами с плавающей точкой. Сопроцессор работает параллельно с основным микропроцессором и ускоряет… … Справочник технического переводчика

арифметический сопроцессор — Микропроцессор, специализированный для выполнения сложных арифметических операций, главным образом операций с плавающей точкой в 100 раз быстрее, чем программным путем. [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике… … Справочник технического переводчика

Источник

А сопроцессор компьютерный процессор, используемый для дополнения функций основного процессора ( ЦПУ). Операции, выполняемые сопроцессором, могут быть плавающая точка арифметика, графика, обработка сигнала, обработка строк, криптография или Интерфейс ввода / вывода с периферийными устройствами. Путем выгрузки ресурсоемких задач из главный процессор, сопроцессоры могут повысить производительность системы. Сопроцессоры позволяют настраивать линейку компьютеров, так что клиентам, которым не нужна дополнительная производительность, не нужно за нее платить.

Содержание

Функциональность

История

Чтобы наилучшим образом использовать универсальный компьютер время процессора, задачи ввода / вывода были делегированы отдельным системам, которые назывались Канал ввода / вывода. Мэйнфрейм вообще не потребовал бы никакой обработки ввода-вывода, вместо этого просто установил бы параметры для операции ввода или вывода, а затем подал бы сигнал канальному процессору на выполнение всей операции. Выделив относительно простые подпроцессоры для обработки трудоемких операций форматирования и обработки ввода-вывода, общая производительность системы была улучшена.

Сопроцессоры для арифметики с плавающей запятой впервые появились в настольные компьютеры в 1970-х годах и стало обычным явлением в 1980-х и в начале 1990-х годов. Ранние 8-битные и 16-битные процессоры использовали программное обеспечение для выполнения плавающая точка арифметические операции. Там, где поддерживался сопроцессор, вычисления с плавающей запятой можно было выполнять во много раз быстрее. Математические сопроцессоры были популярными покупками среди пользователей системы автоматизированного проектирования (САПР) программное обеспечение и научные и инженерные расчеты. Некоторые единицы с плавающей запятой, такие как 9511 драм, Intel 8231/8232 и Weitek FPU рассматривались как периферийные устройства, в то время как другие, такие как Intel 8087, Motorola 68881 и Национальный 32081 были более тесно интегрированы с процессором.

Другой формой сопроцессора был сопроцессор видеодисплея, используемый в Семейство 8-битных Atari, то Техасские инструменты TI-99 / 4A и MSX домашние компьютеры, которые назывались «Контроллеры видеодисплея». Коммодор Amiga собственный набор микросхем включены такие единицы, известные как Медь, также как и Блиттер для ускорения битовая карта манипуляции с памятью.

По мере развития микропроцессоров стоимость интеграции арифметических функций с плавающей запятой в процессор снижалась. Высокая скорость процессора также затрудняла реализацию тесно интегрированного сопроцессора. Отдельно упакованные математические сопроцессоры сейчас редкость в настольные компьютеры. Спрос на специальный графический сопроцессор однако выросла, особенно из-за растущего спроса на реалистичные 3D графика в компьютерные игры.

Intel

Оригинал IBM PC включает розетку для Intel 8087 плавающая точка сопроцессор (он же FPU), который был популярным вариантом для людей, использующих ПК для системы автоматизированного проектирования или математические вычисления. В этой архитектуре сопроцессор ускоряет арифметические операции с плавающей запятой в 50 раз. Например, пользователи, которые использовали ПК только для обработки текстов, сэкономили на высокой стоимости сопроцессора, который не повысил бы производительность операций обработки текста.

8087 был тесно интегрирован с 8086/ 8088 и ответил на плавающую точку Машинный код коды операций, вставленные в поток инструкций 8088. Процессор 8088 без 8087 не мог бы интерпретировать эти инструкции, требуя отдельных версий программ для систем с FPU и не-FPU или, по крайней мере, теста во время выполнения для обнаружения FPU и выбора соответствующих функций математической библиотеки.

Еще одним сопроцессором для центрального процессора 8086/8088 был 8089 сопроцессор ввода / вывода. Он использовал ту же технику программирования, что и 8087, для операций ввода / вывода, таких как передача данных из памяти на периферийное устройство, и тем самым уменьшая нагрузку на ЦП. Но IBM не использовала его при разработке IBM PC, и Intel прекратила разработку сопроцессоров этого типа.

В Intel 80386 микропроцессор использовали дополнительный «математический» сопроцессор ( 80387) для выполнения операций с плавающей запятой непосредственно в оборудование. Процессор Intel 80486DX включал в себя оборудование с плавающей запятой. Intel выпустила недорогой процессор 80486SX, в котором не было оборудования с плавающей запятой, а также продала сопроцессор 80487SX, который отключал основной процессор при установке, поскольку 80487SX был полным 80486DX с другим набором контактов. [1]

Процессоры Intel более поздней версии, чем 80486, интегрировали оборудование с плавающей запятой в основной процессор; прогресс в интеграции устранил ценовое преимущество продажи процессора с плавающей запятой в качестве дополнительного элемента. Было бы очень сложно адаптировать методы печатной платы, подходящие для тактовой частоты процессора 75 МГц, для соответствия стандартам временной задержки, энергопотребления и радиочастотных помех, необходимых для тактовых частот в диапазоне гигагерц. Эти встроенные процессоры с плавающей запятой по-прежнему называются сопроцессорами, потому что они работают параллельно с основным ЦП.

В эпоху 8- и 16-разрядных настольных компьютеров другим распространенным источником сопроцессоров с плавающей запятой был Weitek. Эти сопроцессоры имели другой набор инструкций, чем сопроцессоры Intel, и использовали другой сокет, поддерживаемый не всеми материнскими платами. Процессоры Weitek не обеспечивали функций трансцендентной математики (например, тригонометрических функций), как семейство Intel x87, и требовали специальных программных библиотек для поддержки своих функций. [2]

Motorola

В Motorola 68000 семья имела 68881/68882 сопроцессоры, которые обеспечивали такое же ускорение скорости с плавающей запятой, что и процессоры Intel. Компьютеры, использующие семейство 68000, но не оборудованные аппаратным процессором с плавающей запятой, могли улавливать и эмулировать инструкции с плавающей запятой в программном обеспечении, что, хотя и работало медленнее, позволяло распространять одну двоичную версию программы для обоих случаев. Сопроцессор управления памятью 68451 был разработан для работы с процессором 68020. [3]

Современные сопроцессоры

В 2006 г. AGEIA анонсировала дополнительную карту для компьютеров, которую назвала PhysX PPU. PhysX был разработан для выполнения сложных физических вычислений, поэтому ЦПУ и GPU не должны выполнять эти трудоемкие вычисления. Он был разработан для видеоигр, хотя теоретически для него могут быть разработаны другие математические применения. В 2008 году Nvidia приобрела компанию и отказалась от линейки карт PhysX; функциональность была добавлена ​​с помощью программного обеспечения, позволяющего их графическим процессорам отображать PhysX на ядрах, обычно используемых для обработки графики, с использованием программного обеспечения ядра Nvidia PhysX.

В 2006 году BigFoot Systems представили карту расширения PCI, которую они назвали KillerNIC, которая запускала собственное специальное ядро ​​Linux на FreeScale. PowerQUICC работает на частоте 400 МГц, называя чип FreeScale Блок сетевой обработки или NPU.

В SpursEngine это медиа-ориентированная надстройка с сопроцессором на основе Ячейка микроархитектура. В SPU сами являются векторными сопроцессорами.

В 2008, Хронос Групп выпустил OpenCL с целью поддержки процессоров общего назначения, графических процессоров ATI / AMD и Nvidia (и других ускорителей) на едином общем языке для вычислить ядра.

В 2010-х годах некоторые мобильные вычислительные устройства реализовали датчик концентратор как сопроцессор. Примеры сопроцессоров, используемых для интеграции датчиков в мобильные устройства, включают: Яблоко M7 и M8 сопроцессоры движения, то Ядро датчика Qualcomm Snapdragon и Qualcomm Hexagon, а Блок голографической обработки для Microsoft HoloLens.

В 2012, Intel объявил о Intel Xeon Phi сопроцессор. [4]

Другие сопроцессоры

Тенденции

Со временем процессоры имеют тенденцию к росту, чтобы вбирать в себя функции наиболее популярных сопроцессоров. FPU теперь считаются неотъемлемой частью основного конвейера процессоров; SIMD единиц ускорили мультимедиа, взяв на себя роль различных DSP карты-ускорители; и даже GPU интегрированы в кристаллы ЦП. Тем не менее, специализированные блоки остаются популярными вдали от настольных компьютеров, из-за дополнительной мощности и позволяют продолжать развитие независимо от линейки продуктов с основными процессорами.

Источник

• ← Для чего нужен сопротивление
• Для чего нужен сорбент →