【文章內容簡介】 不理想】 在未來，你將具有如同單一計算機一樣工作的多計算機系統，而不僅僅是離散的多臺機器。升級不在意味著替換掉原有系統，而是增強。進一步你的 計算機 將包括協同工作的 PDA，TV和錄像機 ，他們可以合成一體象單一計算機一樣工作。 具體的處理方式 Cell體系結構在許多方面都極盡所能的獲得最大性能，但是在一個地方卻和整個業(yè)界走了相反的路線。操作系統是程序和硬件交互的根本方法，它使得開發(fā)人員無需每次都自己寫一份驅動程序。發(fā)展到現在操作系統已經包含各種各樣的復雜任務，實現這一目的的途徑之一就是從硬件中抽象出更多的內容。 面向對象編程在抽象上走的更遠。這也包括類似 Java這樣提供其自身環(huán)境，而將應用從單一的操作系統中獨立出來的技術。 Web實際上也完成了相同的工作，你看到的頁面和提供這個頁面的服 務器在平臺上是完全不相關的。你無需專門為 Mac或者 Windows寫一個特定版本的 HTML文檔。底層硬件，操作系統和 Web服務器已經被完全抽象化了。 即使硬件制造商們也開始做抽象化的工作， Transmeta擁有 x86兼容的處理器產品線，但實際上這些處理器與 x86大相徑庭。 Transmeta在軟件上提供了抽象層以屏蔽處理器的內部細節(jié)，其內部不僅不是 x86，還是一個完全不同的 VLIW體系結構。但這并不僅僅發(fā)生在 Transmeta或者 x86上，大多數現代處理器的內部體系結構和他們的編程模型都有很大的區(qū)別。 如果在 puting中存在一條法則，那就是抽象－－當今計算技術中的重要部分。但是 Cell放棄了他。 Cell的編程模式是具體的 concrete，當你為一個 SPE編程時，你將編寫 SPE中到底有什么，而不是某些抽象。你將會直接面對硬件。 這似乎時一種褻瀆的行為，通?？梢耘e出很多理由來說明為什么這是一個糟糕的想法，但是這種直接面對硬件的方法有一個最大的優(yōu)點：性能。每一個被添加的抽象層次都帶來了可觀的計算開銷，一次抽象可以十倍的降低性能?？紤]到大多數現代系統中在一個抽象層上都還有更多的層次，你就能明白在幾年前 運行如飛的 50MHz 486為什么今天看起來象一只年邁的老狗，你需要一顆更現代的處理器來解決后來添加的抽象層次。 去除抽象的一個巨大缺點就是將極大的增加開發(fā)的復雜度，并且將限制硬件設計者改變系統的方式。而后者是抽象盛行的重要原因。但如果你注意到進幾年來現代處理器并沒有多大改變，你就會理解 Cell的設計顯然并不希望他們的體系結構會有什么重大的變化，因此選擇了從一開始就固定住設計。系統仍然有某些靈活性，至少在一段時間之后可以做些修改。 然而 Cell的方法也可以得到某些抽象的好處。 Java通過抽象操作系統和硬 件已經實現了跨平臺的兼容性，它提供的虛擬機在所有平臺上保持一直，底層的硬件和操作系統可以改變但是虛擬機不會。 Cell提供了某些和 Java類似的特性，但卻是以完全不同的方式。 Java提供了在所有平臺上都一樣，基于軟件的 虛擬機 ， Cell則通過硬件提供了這樣類似 Java虛擬機的機器。在 OS X上書寫的 Cell代碼和在 Windows、 Linux和 Zeta上的 Cell代碼是完全相同的，應用在任何情況下都是相同的硬件 Cell來執(zhí)行它。 硬件 DRM 某些人也許會奇怪在 Cell硬件中包含了 DRM（數字輻射計？） 。 Sony是一家媒體公司，和行業(yè)里的其他公司一樣大力推廣 DRM型的解決方案。同時注意到 Cell也面向 HDTV， BluRay/HDDVE系統，任何高清晰度的內容都在 DRM的嚴格控制之下，因此 Sony不得不加入這部分能力，否則他們將在自己的目標市場中自削一臂。但是硬件 DRM并不是 Cell中的秘密武器，在以前的機頂盒甚至 IBM大型機的 crypto硬件都包含它。 其他設置以及未來 在 Cell體系結構中也包含未來技術的機會，可能的互連結構正在設計中，無疑在 PS3中將使用這一技術，但顯然設計者也在考慮當銅導線達到 其物理極限時（大約在 10GHz），除硅之外的其他材料將會出現在制造領域，但這是另外一個更重大的計劃。 Cell的設計并不是完全固定的， SPE的數目時可變的，并且 SPE中可以包含更多的浮點或整數單元。在某些情況下 SPE可以被其他諸如 I/O單元或者圖形處理器代替。 Navidia將提供 PS3使用的圖形硬件，因此這部分工作可能被包含在一個修改過的 Cell中。 由于摩爾法則持續(xù)有效，單個芯片中的晶體管數目不斷增加，而設計師將從其中獲益。在專利中提到了包含 4個 Cell的單個芯片，但也有其他的設置來滿足不同的 Cell應用。 當多個 SPE操作流數據時，他們將數據寫回 RAM 然后在讀出，添加緩沖 buffer使得 SPE到 SPE可以直接寫數據將會更加靈活。直接傳輸在專利中有所提及但沒有更多深入內容。 結束語 Cell體系結構本質上就是一個包含一組 8個極高性能向量處理器的通用 Power或 PowerPC處理器，并且有高速的存儲和 I/O系統，以及一個相當智能的任務分布系統使得 adhoc集群可以建立起來。 目前還不太清晰的是這個設計將會走多遠。削弱 cache和動態(tài)虛存管理的系統是很不尋常的，并且在過去 20年里從沒有任何現代通 用處理器這樣做過。只有 Seymour Cray的某些設計能與之相比。 Cell不僅僅是速度快，由于使用了很多頂尖的設計，業(yè)界的其他公司在一段時間內很難趕上它。 只有一種方式來總結：這個系統并不僅僅是搖滾，它將演奏德國的重金屬。 [第三部分 ] Cell體系結構解釋－第三部分： Cellular Computing Cell不是一個奇特的圖形芯片，它試圖用于通用計算領域。 Navidia提供 PS3上的圖形硬件似乎驗證了這一說法。 SPE并不象正常的微處理器一樣具有通用性，但是 Cell通過包含一個正常 PowerPC微處理器的 PPE彌補了這一點。 Cell應用 正如在第一部分所說， Cell并不僅僅是為了 ps3來設計，但是 Cell擅長的應用究竟有哪些呢？ Cell不可能在每一件事情上都工作得很好，某些應用可能完全不能被向量化，而某些應用可能因為頻繁讀取存儲塊的系統降低性能。對于這些應用最好是 PPE能夠起到更好的作用，然而專利中似乎假設 PPE只能被操作系統使用。 游戲 GAME 游戲是當然的設計目標， Cell從一開始就是作為游戲終端進行設計的，如果在游戲上沒有良好的表現那肯定有問題。 Cell的設計師緊盯 raw puting power而不是圖形能力，因此我們將看到硬件功能被轉移到軟件上而開發(fā)者有更多的靈活性?，F在的問題是 PS3是否能成為第一個實時光影跟蹤的游戲終端。 3D圖形 這又是 Cell的重要設計目標領域，圖形具有巨大的并行特性，可向量化和流化的各種問題可以讓 SPE得到完全的應用，因此使用的 Cell越多就可以獲得更快的圖形性能。現在有很多不同高性能圖形技術方面的研究，希望 Cell能夠被他們所使用，而這些技術也能通過 Cell使自己成為主流技術。如果你認為現在的圖形技術已經足夠好了，在 Cell上你可能會得到某些驚喜。 視頻 圖像操作顯然可以被向量化， Photoshop已經顯示了圖像處理向量化的巨大效果。視頻處理可以用類似的方法加速并且 Apple將有能力僅使用目前 GPU來加速 Core Image核心圖像中的視頻處理， Cell顯然可以加速 GPU可以處理的任何應用。 視頻編解碼也可以被向量化，因此格式轉換和各種控制操作都可以從 Cell上獲益，希望 Cell能夠顛覆目前的專業(yè)視頻處理硬件。 音頻 音頻是一個永遠對計算能力感到不足的領域。今天的電子音樂家們使用多路虛擬合成器，每路合成器上有多路聲音。傳統的合 成方法是采樣現實的每種樂器音。所有這些都需要自己的處理能力，而這還是在為每路通道上加入不同音效之前的工作。接下來可能需要一個全局音效并壓縮每一個通道，完成最后的混音。許多操作都可以被向量化。 Cell是每個音樂家的夢想，也是每個看著 PC開始侵蝕防線的合成器制造商的噩夢。 數字信號處理 DSP 數字信號處理中主要使用的算法是 FFT（快速傅立葉變換），將信號分離到不同的頻域空間以做進一步處理。 FFT是一個高度可向量化的算法，在很多向量單元和微處理器中包含了特殊的指令專門加速這一算法。 現在有成千上萬的 DSP應 用，他們中的大多數可以被流化，因此 Cell可以應用在他們中。一旦價格和功耗下降到足夠低， Cell可以被使用到各種不同的消費類和工業(yè)用電子產品上。 SETI DSP應用的一個最好的例子，同樣也是基于 FFT， Cell將無止境的推動 SETI@home計劃（用分布計算方法利用計算機空閑周期為尋找外星只會生命做運算）。每一個基于 Cell的設備都可以加入到 SETI@home中去。其他眾多的分布式應用可以從 Cell中獲益。 科學 對于傳統的（不可向量化）的應用而言，目前的 Cell系統至少和 4顆 PowerPC 970芯片加上高速存儲接口的性能相當【由于 PPE比作者預測的簡單這句化應該被修改，單個 Cell芯片性能超過單個 PowerPC970處理器是勿庸置疑的】。對于可以向量化的系統而言就是完全另外一回事了。一個潛在的問題可能是相對受限的內存容量（這也許只會出現在 PS3上， Cell芯片本身有很大的尋址訪問能力）。即使有這樣的存儲限制 Cell也可用通過 I/O單元流式處理來獲得不錯的性能。 GPUs已經應用到了科學計算中而 Cell顯然可以直接應用到相同領域中。 很多計算可以通過 GPU加速，包括稀疏線形系統求解，物理模擬，線 形代數操作，偏微分方程，快速傅立葉變換，水平集合計算，計算幾何問題，以及非經典圖論，例如體繪制，光線跟蹤和流形象化。 超級計算 許多現代超級計算機使用便宜且高性能的商業(yè) PC集群方案?，F在湊足 250臺 PC你就可以打入 Top500排行榜。而為了相同的目的你只需要 8 個 Cell芯片， 560個 Cell芯片可以讓你排到第一位。這是一個向后兼容性完全不那么重要的領域，而且變化迅速，未來基于 Cell的系統可能會迅速替代 PC 集群。 另外的超級計算應用需要大量的內部通訊，因此在 PC集群上運行效果不佳。 Top500上沒有將這部分評價單獨出來，但是確實有這樣一個使用大機柜系統，一度被 Cray統治， PC集群尚不得門而入的領域。 Cell具有高速的通訊連接，這使得他非常適合于這類領域，雖然大量 Cell的協同工作還需進一步的工程工作。 Cell不僅僅會取代 PC 集群，在集群失敗的領域也可一展身手。 如果 Cell具有 64位乘加指令（如果沒有的話就太奇怪了）， 8000個 Cell就可以實現 PetaFlop，這是一個難以打破的記錄。【這里考慮的是雙精度浮點，單精度浮點的能力是雙精度浮點的 10倍。不過用乘加指令來 Double Flops性能不 太道義】 服務器 這是一個再多可向量化都不能使人驚訝的領域。然而 XML和類似的處理似乎都無法從 SPE中獲得幫助，而存儲結構會更有用（這也是 XML如此令人驚奇的低效的原因）。但是服務器通常要在后臺數據庫上做很多工作。 針對包含實際數據的商用數據庫的研究發(fā)現他們可以從 GPU的運行中獲益。當然這部分應用也可以通過 Cell加速。因此 Cell可以使服務器受益。 流處理應用 與通常的處理器最大的一個不同就是 Cell中的 SPE可以被串聯起來構成一個流處理器。一個流處理器獲得一個數據流，并按照一系列的步驟來處理。其中的每一個步驟可以通過不同的 SPE完成，甚至不同 Cell中的不同 SPE。 例子：數字電視接收器 用觀看數字電視所需的機頂盒作為流處理的例子，實際上整個過程要比播放 MPEG影片包含更多復雜的處理。下面包含了你在觀看一部最新的星際迷航記使所需要做的處理工作： a. COFEM解調 b. 糾錯 c. 信號分離 d. 反擾頻 Descrambling e. MPEG視頻解碼 f. MPEG音頻解碼 g. MPEG縮放 h. 顯示構建 i. 對比度和亮度處理 這些操作通常由定制硬件和專用 DSP結合來完成。當然他們也可以用軟件來實現，但即使并不是全部由硬件完成計算也需要一顆性能相當強勁的處理器－而這僅僅是標準 MPEG2定義所需要的處理。 HDTV需要大得多的處理能力。和定制的芯片比較起來通用處理器要低效很多，雖然專用芯片開發(fā)起來相當復雜，昂貴，但是巨大的需求量可以降低價格并且可以使功耗降到最小。 上面的任務都使可以被向量化的，并且按照可以流化的一個順序進行。一個 Cell處理器可以被建立用一個或者多個 SPE來 執(zhí)行每一個步驟，這意味這無需再開發(fā)專用芯片并且可用軟件支持新的標準。 Cell能力強大到單個 Cell芯片就足夠完成全部處理，即使以高清晰的標準來看也是一樣。 Toshiba計劃在自己的 HDTV產品中使用 Cell。 不可加速的應用 仍然有很多應用不能被 Cell處理器加速，