Что такое гетерогенная система
Гетерогенная система
Смотреть что такое «Гетерогенная система» в других словарях:
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА — макроскопически неоднородная физико химическая система, состоит из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела … Большой Энциклопедический словарь
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА — (от греч. heterogenes разнородный), неоднородная термодинамич. система, состоящая из различных по физ. св вам или хим. составу частей (фаз). Смежные фазы Г. с. отделены друг от друга физ. поверхностями раздела, на к рых скачком изменяется одно… … Физическая энциклопедия
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА — неоднородная физ. хим. система, состоящая из различных по физ. свойствам или хим. составу частей (различных фаз) в разных состояниях и разделённая поверхностью раздела фаз, на которой скачком изменяется одно или несколько свойств (состав,… … Большая политехническая энциклопедия
гетерогенная система — макроскопически неоднородная физико химическая система; состоит из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела. * * * ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА, макроскопически неоднородная физико химическая система … Энциклопедический словарь
Гетерогенная система — (от греч. ἕτερος разный; γένω рождать) неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделенных поверхностью раздела. Однородные части (фазы) могут отличаться друг от друга по составу и свойствам. Число веществ… … Википедия
гетерогенная система — heterogeninė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Sistema, susidedanti daugiau negu iš vienos fazės. atitikmenys: angl. heterogeneous system rus. гетерогенная система … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
гетерогенная система — įvairialytė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heterogeneous system vok. heterogenes System, n rus. гетерогенная система, f pranc. système hétérogène, m … Fizikos terminų žodynas
Гетерогенная система — система, состоящая из реагирующих веществ, разделенных поверхностями раздела (например, твердое тело, раствор или раствор газ и т. д.). Примером гетерогенной системы может быть вода и находящийся над ней водяной пар (различие в агрегатном… … Начала современного естествознания
гетерогенная система — Система, состоящая из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела … Политехнический терминологический толковый словарь
гетерогенная система — [heterogeneous system] макроскопическая неоднородная система, состоящая из разных фаз, разграниченных поверхностями раздела; Смотри также: Система универсальная система калибровки система скольжения система … Энциклопедический словарь по металлургии
Что такое гетерогенная система
19.1. Фазы
При описании многих физических и химических систем используется понятие фаза.
Фаза – часть системы, однородная по составу и строению и отделенная от других частей системы (других фаз) границей раздела (межфазной границей).
Фазой системы может быть газ или смесь газов, жидкость (или жидкий раствор), твердое вещество (или твердый раствор). В любом случае, чтобы представлять собой отдельную фазу, такая составная часть системы должна быть однородной. Каждое из твердых веществ и каждая из несмешивающихся жидкостей представляют собой отдельную фазу.
Система, образованная водой и таящим льдом, состоит из двух фаз, так как, хоть по составу вода и лед одинаковы, у них разное строение, кроме того, между ними есть граница раздела. Воздух, соляная кислота, подкисленный серной кислотой водный раствор перманганата калия – системы, состоящие из одной фазы; здесь нет границ раздела, и в любой части такой системы состав и строение одинаковы.
По числу фаз системы делят на гомогенные и гетерогенные.
| Гомогенная система – система, состоящая из одной фазы. Гетерогенная система – система, состоящая из двух или большего числа фаз. |
Фаза может быть сплошной или дисперсной (раздробленной на множество отдельных частиц). Сплошной фазой принято считать фазу, из любой точки которой можно попасть в любую другую точку, не пересекая межфазную границу.
Гомогенная система может быть образована лишь сплошной фазой.
Гетерогенная система может быть образована, как сплошными, так и дисперсными фазами.
Вода с помещенной в нее цинковой пластиной представляет собой гетерогенную систему, состоящую из двух сплошных фаз; если же в ту же воду насыпать цинковую пыль, или просто поместить отдельные гранулы цинка, то в такой системе одна из фаз будет дисперсной.
19.2. Дисперсные системы
Гетерогенные системы, содержащие дисперсные фазы называют дисперсными системами. При этом сплошная фаза дисперсной системы называется дисперсионной средой.
Названия некоторых дисперсные систем с различными агрегатными состояниями дисперсионной среды и дисперсной фазы приведены в таблице 2.
Агрегатное состояние
Агрегатное состояние дисперсной фазы
дисперсионной среды
Туманы и дымы носят общее название – аэрозоли. Именно они (в данном случае туманы) образуются при выпускании в воздух содержимого аэрозольных баллончиков. Дымы образуются не только при горении топлива, но и в результате многих других химических реакций, например, при взаимодействии хлороводорода с аммиаком.
К эмульсиям относится обычное молоко и множество технических эмульсий, например, применяемых для смазки и охлаждения режущего инструмента (эмульсии машинного масла в воде).
Примером грубодисперсной суспензии служит строительный » раствор» (суспензия песка и цемента в воде), а мелкодисперсной – масляная краска (суспензия пигмента в олифе). При затвердевании строительного раствора и » высыхании» масляной краски они превращаются в дисперсные системы с твердой дисперсионной средой. К этой же группе дисперсных систем относятся некоторые сплавы и многие горные породы.
Примеры жидких пен – мыльная, пивная, квасная и другие пены. Твердыми пенами являются пенопласт, пенополиэтилен, пенополиуретан, некоторые строительные материалы-утеплители. В отличие от них, обычная банная губка является дисперсной системой с двумя взаимопроникающими дисперсионными средами. В виде дисперсных систем с жидкой дисперсной фазой и твердой дисперсионной средой выпускаются некоторые лекарственные средства.
Пользуясь терминологией, приведенной в этом параграфе, следует помнить о том, что она не всегда правильно используется, особенно в технике. Так строительный » раствор» – отнюдь не раствор, а грубодисперсная суспензия. Фотографическая » эмульсия» – отнюдь не эмульсия, а дисперсная система с твердой дисперсной фазой (в черно-белой фотографии – бромидом серебра) и твердой дисперсионной средой, основным компонентом которой является животный белок коллаген. Водоэмульсионная краска (правильное название – водно-дисперсионная) не является эмульсией, а представляет собой дисперсию в воде твердых частичек пигмента и связующего.
19.3. Коллоидные растворы
Истинные растворы – гомогенные системы. Частицы, из которых они состоят, перемешаны на атомно-молекулярном уровне. Кроме таких растворов существуют внешне однородные системы, содержащие очень мелкие частицы другой фазы, тем не менее не являющиеся отдельными молекулами или ионами. Такие гетерогенные системы носят название коллоидных растворов (более новое название – лиозоли).
Частицы в коллоидных растворах невозможно отделить фильтрованием. Если они и отстаиваются, то очень медленно (иногда для этого требуется несколько лет). Обычные центрифуги также, как правило, не позволяют разделить коллоидный раствор. Иногда это удается с использованием так называемых » ультрацентрифуг» – центрифуг с очень большой скоростью вращения. Такая устойчивость коллоидных растворов связана не только с незначительными размерами твердых частиц (примерно от 10 до 1000 Е), но и с довольно сложными электрофизическими явлениями на их поверхности, приводящими к взаимному отталкиванию коллоидных частиц.
 | Фаза, гомогенная система, гетерогенная система, сплошная фаза, дисперсная фаза, дисперсная система, дисперсионная среда, аэрозоль, эмульсия, суспензия, жидкая пена, твердая пена, коллоидный раствор (лиозоль). |
Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА
Смотреть что такое «ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА» в других словарях:
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА — макроскопически неоднородная физико химическая система, состоит из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела … Большой Энциклопедический словарь
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА — неоднородная физ. хим. система, состоящая из различных по физ. свойствам или хим. составу частей (различных фаз) в разных состояниях и разделённая поверхностью раздела фаз, на которой скачком изменяется одно или несколько свойств (состав,… … Большая политехническая энциклопедия
гетерогенная система — макроскопически неоднородная физико химическая система; состоит из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела. * * * ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА, макроскопически неоднородная физико химическая система … Энциклопедический словарь
Гетерогенная система — (от греч. ἕτερος разный; γένω рождать) неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделенных поверхностью раздела. Однородные части (фазы) могут отличаться друг от друга по составу и свойствам. Число веществ… … Википедия
гетерогенная система — heterogeninė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Sistema, susidedanti daugiau negu iš vienos fazės. atitikmenys: angl. heterogeneous system rus. гетерогенная система … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
гетерогенная система — įvairialytė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heterogeneous system vok. heterogenes System, n rus. гетерогенная система, f pranc. système hétérogène, m … Fizikos terminų žodynas
Гетерогенная система — система, состоящая из реагирующих веществ, разделенных поверхностями раздела (например, твердое тело, раствор или раствор газ и т. д.). Примером гетерогенной системы может быть вода и находящийся над ней водяной пар (различие в агрегатном… … Начала современного естествознания
гетерогенная система — Система, состоящая из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела … Политехнический терминологический толковый словарь
гетерогенная система — [heterogeneous system] макроскопическая неоднородная система, состоящая из разных фаз, разграниченных поверхностями раздела; Смотри также: Система универсальная система калибровки система скольжения система … Энциклопедический словарь по металлургии
Гетерогенная система — (от греч. heterogenes разнородный) неоднородная физико химическая система, состоящая из различных по физическим свойствам или химическому составу частей (различных фаз (См. Фаза)). Одна фаза Г. с. отделена от смежной с ней фазы физической … Большая советская энциклопедия
Гетерогенная система
Гетероге́нная систе́ма (от греч. ἕτερος — разный; γένω — рождать) — неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделенных поверхностью раздела. Однородные части (фазы) могут отличаться друг от друга по составу и свойствам. Число веществ (компонентов), термодинамических фаз и степеней свободы связаны правилом фаз. Примерами гетерогенных систем могут служить: жидкость — насыщенный пар; насыщенный раствор с осадком; многие сплавы. Твердый катализатор в токе газа или жидкости тоже гетерогенная система (гетерогенный катализ). В технике гетерогенной системой является кирпичная и каменная кладка, состоящая из кладочных элементов (кирпича, природных или искусственных камней, бетонных блоков и др.) и строительного раствора.
См. также
Смотреть что такое «Гетерогенная система» в других словарях:
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА — макроскопически неоднородная физико химическая система, состоит из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела … Большой Энциклопедический словарь
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА — (от греч. heterogenes разнородный), неоднородная термодинамич. система, состоящая из различных по физ. св вам или хим. составу частей (фаз). Смежные фазы Г. с. отделены друг от друга физ. поверхностями раздела, на к рых скачком изменяется одно… … Физическая энциклопедия
ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА — неоднородная физ. хим. система, состоящая из различных по физ. свойствам или хим. составу частей (различных фаз) в разных состояниях и разделённая поверхностью раздела фаз, на которой скачком изменяется одно или несколько свойств (состав,… … Большая политехническая энциклопедия
гетерогенная система — макроскопически неоднородная физико химическая система; состоит из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела. * * * ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА ГЕТЕРОГЕННАЯ СИСТЕМА, макроскопически неоднородная физико химическая система … Энциклопедический словарь
гетерогенная система — heterogeninė sistema statusas T sritis chemija apibrėžtis Sistema, susidedanti daugiau negu iš vienos fazės. atitikmenys: angl. heterogeneous system rus. гетерогенная система … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
гетерогенная система — įvairialytė sistema statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heterogeneous system vok. heterogenes System, n rus. гетерогенная система, f pranc. système hétérogène, m … Fizikos terminų žodynas
Гетерогенная система — система, состоящая из реагирующих веществ, разделенных поверхностями раздела (например, твердое тело, раствор или раствор газ и т. д.). Примером гетерогенной системы может быть вода и находящийся над ней водяной пар (различие в агрегатном… … Начала современного естествознания
гетерогенная система — Система, состоящая из различных по своим свойствам частей, разграниченных поверхностями раздела … Политехнический терминологический толковый словарь
гетерогенная система — [heterogeneous system] макроскопическая неоднородная система, состоящая из разных фаз, разграниченных поверхностями раздела; Смотри также: Система универсальная система калибровки система скольжения система … Энциклопедический словарь по металлургии
Гетерогенная система — (от греч. heterogenes разнородный) неоднородная физико химическая система, состоящая из различных по физическим свойствам или химическому составу частей (различных фаз (См. Фаза)). Одна фаза Г. с. отделена от смежной с ней фазы физической … Большая советская энциклопедия
Heterogeneous System Architecture или о встрече CPU и GPU
Долгое время развитие микроэлектроники проходило под девизом «меньше и быстрее». Уменьшался техпроцесс, вводились новые элементы архитектуры x86 (наборы расширений инструкций), увеличивалась тактовая частота вычислительного ядра. Когда рост «грубой» производительности упёрся в экономические и физические факторы, популярными стали различные способы параллелизации вычислений. В то же время развивались не только CPU, показывавшие хорошую производительность в однопоточных и сложных вычислениях, но и GPU, способные быстро выполнять большое количество однотипных и простых задач, которые с трудом поддавались обычным процессорам.
Сегодня мы вступаем в новую эпоху развития чипов, отвечающих за проведение вычислений в сердцах десктопов, серверов, мобильных девайсов и носимой электроники. Объединив подходы к обработке информации на CPU и GPU мы разработали новую, открытую архитектуру, без которой дальнейшее исполнение того же закона Мура представляется трудновыполнимым. Встречайте HSA — Гетерогенную Системную Архитектуру.
Минутка истории
Для того, чтобы полностью осознать, насколько HSA, с одной стороны, близка, а с другой стороны — превосходит архитектуру современных решений, давайте обратимся к истории. Даже если отбросить десятилетия ламповой техники, и начать с 1950-х, с момента появления в микроэлектронике транзисторов, история получится такая, что отдельную статью можно написать. Пройдёмся очень коротко по основным «вехам» процессоростроения, и совсем чуть-чуть по истории видеокарт.
На заре компьютеростроения CPU были достаточно просты. По сути, все операции сводились к сложению чисел в двоичной системе. Когда требовалось вычитать — применялись т.н. «обратные коды»: они были просты и легко укладывались «в железо», не требуя сложнейших архитектурных изысков, реализовывающих «честное» вычитание чисел. Под каждую модель компьютера программы писались отдельно, пока не настал 1964 год.
IBM System/360
В 1964 году компания IBM выпустила System/360, компьютер, который изменил подход к созданию процессоров. Скорее всего, именно ему принадлежит честь внедрения такого понятия, как системная архитектура. Просто потому, что до него никакой «системы» не было. Дело в том, что до System/360 все компьютеры 50-х и 60-х годов работали только с тем программным кодом, что был написан именно для них. IBM же разработали первый набор инструкций, который поддерживался в различных по конфигурации (и производительности), но одинаковых по архитектуре System/360. К слову, в этом же компьютере байт впервые стал 8-битным. До этого почти во всех популярных компьютерах он состоял из шести бит.
Вторым крупным нововведением в 60-х была разработка компании DEC. В своём компьютере PDP-8 они применили крайне простую для того времени архитектуру, содержащую всего четыре регистра по 12 бит каждый и чуть больше 500 блоков CPU. Тех самых «транзисторов», которые в 1970-х уже измерялись тысячами, а в 2000-х — миллиардами. Эта простота и создание компанией IBM такого понятия, как «набор инструкций» и определили дальнейшее направление развития вычислительной техники.
В 70-х начался бум микроэлектроники. Всё началось с производства первых однокристалльных процессоров: многие компании тогда производили чипы по лицензии, а затем совершенствовали их, добавляя новые инструкции и расширяя возможности.
С середины 70-х рынок 8-битных процессоров был переполнен и ближе к концу десятилетия в компьютерах появились доступные 16-битные решения, принёсшие с собой архитектуру х86, которая (пусть и со значительными улучшениями) жива и здорова до сих пор. Основным бичом, останавливающим развитие 16-битных процессоров в то время была «заточенность» производителей на производстве т.н. микросхем поддержки под 8-битные архитектуры. Вместе они составляли то, что в последствии называлось «северным» и «южным» мостами.
В начале 80-х, устав бороться с инертностью рынка, многие производители перенесли часть управляющих «микросхем поддержки» внутрь самого процессора. В последствии что-то из процессора уйдёт в чипсеты материнской платы и затем вернётся обратно, но уже тогда подобная архитектура была чем-то похожа на современные SoC’и.
Середина и конец 80-х годов прошли под знамёнами перехода на 32-битную адресацию памяти и 32-разрядные процессорные ядра. Закон Мура работал как и раньше: число транзисторов росло, росла тактовая частота и «грубая» производительность процессоров.
В 1991 году свет увидели процессоры AMD Am386DX и Am386SX, производительность которых была сравнима со следующим поколением систем (486). Именно Am386SX многие считают первой самостоятельной разработкой компании и отправной точкой для почти 15-и летнего доминирования на рынке высокопроизводительных домашних ПК и рабочих станций. Да, архитектурно он был клоном чипа i368SX, но обладал меньшим техпроцессом, на 35% лучшей энергоэффективностью и при этом работал на более высокой тактовой частоте, чем его прародитель, а стоил дешевле.
Сами девяностые были достаточно богаты как на события в области микроэлектроники, так и на бурный рост рынка. Именно в 90-е годы компанию AMD начали рассматривать как одного из серьёзных игроков на рынке, так как наши процессоры по соотношению цены и производительности часто оставляли не у дел своих конкурентов в лице Intel Pentium, особенно в домашнем сегменте. Расширенные набор инструкций (MMX / 3DNow!), появление кэш-памяти второго уровня, агрессивное уменьшение техпроцесса, рост тактовых частот… и вот уже на дворе новое тысячелетие.
В 2000-м году процессоры AMD впервые в мире перешагнули рубеж в 1 ГГц, а чуть позже всё та же архитектура К7 взяла и новую высоту — 1.4 ГГц.
В конце 2003 года мы выпустили новые процессоры на архитектуре К8, которая содержала три важных нововведения: 64-битная адрессация памяти, встроенный контроллер памяти, и шину HyperTransport, которая обеспечивала потрясающую на тот момент пропускную способность (до 3.2 Гбайт/с.).
В 2005 году появились первые двухъядерные процессоры (у Intel — два отдельных кристалла-ядра на одной подложке, у AMD — два ядра внутри одного кристалла, но с раздельной кеш-памятью).
Через пару лет естественного развития архитектура K8 сменилась новой (K10). Количество ядер на одном кристалле в максимальной конфигурации выросло до шести, появилась общая кэш-память третьего уровня. А дальнейшее развитие было скорее количественным и качественным, чем революционным. Больше мегагерц, больше ядер, лучше оптимизация, ниже энергопотребление, тоньше техпроцесс, доработанные внутренние блоки вроде предсказателя ветвлений, контроллера памяти и декодера инструкций.
То, что нас интересует в эволюции GPU (в рамках статьи о HSA) можно описать совсем коротко. С распространением компьютеров в качестве универсальных домашних решений для работы и развлечений популярность компьютерных игр росла. Вместе с ней росли и возможности 3D-графики, требуя всё новые и новые «вливания» мускулов в лице видеоускорителей. Применения специальных микропрограмм, шейдеров, позволило реализовать в 3D-графике реалистичное освещение относительно малой кровью. Первоначально шейдерные процессоры делились на вершинные и пиксельные (первые отвечали за работу с геометрией, вторые — с текстурами), позже появилась унифицированная шейдерная архитектура и, соотвественно, универсальные шейдерные процессоры, которые могли выполнять код как вершинных, так и пиксельных шейдеров.
Реализовывать GPGPU, вычисления общего назначения на графическом ускорителе, можно было с использованием открытого стадарта и OpenCL, или несколько упрощенного диалекта языка С.
С тех про из ключевых нововведений в GPU можно упомянуть только появление низкоуровневого API Mantle, позволяющего обращаться к видеокартам AMD примерно на том же уровне, на каком осуществляется доступ к графическим ускорителям внутри консолей PS4 и Xbox One) и взрывной рост объёмов памяти у GPU в последние два года.
На этом с историей покончено, настало время переходить к самому интересному: HSA.
Что такое HSA?
Начать хочется с того, что HSA, в первую очередь, является открытой платформой, на основе которой производители микроэлектроники могут построить свои продукты (независимо от используемого набора инструкций), соответствующие определённым принципам и общим правилам.
В то же время, HSA — это процессорная архитектура, объединяющая скалярные вычисления на классических CPU-ядрах, массовые параллельные вычисления на GPU и работу с обработкой сигналов на DSP-модулях, и связывающая их с помощью когерентного доступа к оперативной памяти. То есть вся история процессоро- и видеокартостроения в HSA сходится в одну точку: почти 50 лет прогресса в области микроэлектроники привели к созданию того, что логичным образом сочетает лучшие стороны систем различного назначения.
Развитие архитектуры х86 и процессоров позволили создать высокоэффективные процессорные модули, которые обеспечивают выполнение общих задач и низкое энергопотребление.
Унификация шейдерных процессоров внутри GPU-ядра и общее упрощение программирования под систему с огромным количеством параллельных исполняющих модулей дали путь GPGPU и применению вычислительной мощности видеокарт в тех областях, где раньше использовались отдельные аппаратные ускорители, так и не завоевавшие сколько-нибудь ощутимую долю рынка, чтобы остаться на плаву.
Интегрированный контроллер памяти, шины PCIe и системы ввода-вывода обеспечил прозрачный доступ к памяти для различных модулей HSA.
Наконец, встроенный DSP позволяет снять нагрузку с CPU и GPU при работе с видео- и аудиоконтентом, так как аппаратно заточен на работу по кодированию и декодированию соответствующих сигналов.
Все эти модули вместе покрывают весь спектр современных задач, а HSA позволяет прозрачно и легко научить программы работать со всем многообразием имеющихся аппратных возможностей используя такие классические инструменты, как языки как Java и C++.
Причины создания HSA
Современные реалии (распространение носимой и мобильной электроники, вопросы экономики и экологии) создали определённые тренды в развитии микроэлектроники: снижение энергопотребления всех устройств, будь то смартфоны или серверы, увеличение производительности, улучшение работы с распознаванием образов.
Первое, в принципе, понятно. Всем хочется, чтобы гаджет работал дольше, корпус при этом не был толщиной с БигМак, и не грелся, как сковородка на плите. Владельцам же дата-центров хватает хлопот по отведению тепла и обеспечению бесперебойного питания, нагружать их лишними ваттами теплопакета означает увеличивать стоимость их услуг. Дороже хостинг — больше рекламы на ваших любимых ресурсах, больше нагрузка на CPU устройств, выше энергопотребление, меньше автономной работы.
Увеличение производительности сегодня просто воспринимается как данность. Люди привыкли к тому, что с 70-х годов каждый год процессоры бьют рекорды по производительности, игры становятся красивее, системы и софт сложнее (и при этом не теряют в визуальной скорости работы), а современые инструменты программиста содержат всё больше слоёв абстракции от железа, каждый из которых забирает частичку реальной производительности.
Ну а современные разработки в области интеллектуальных помощников, виртуальных ассистентов и перспективы развития искусственного интеллекта просто таки требуют нормального распознавания человеческой речи, мимики, жестов, что, в свою очередь, требует увеличения как прямой производительности, так и оптимизации выполняемых операций по декодированию аудио- и видео-потока.
Все эти проблемы позволила бы решить универсальная аппаратная архитектура, реализованная в виде SoC, и соединяющая в себе прелести классических CPU и GPU, грамотно распределяющая последовательные и параллельные операции между теми модулями, которые способны выполнять соответствующие задачи наиболее эффективно.
Но как научить софт работать со всем этим великолепием вычислительных возможностей?
Ключевые особенности гетерогенной системы
У программистов не должно быть проблем с доступом к вычислительным возможностям такой системы. Для этого HSA имеет ряд ключевых особенностей, упрощающих работу разработчиков ПО с ней и приближающих HSA к классическим системам с точки зрения разработки:
Роль унифицированной адресации памяти так и вовсе сложно переоценить. Формально, без неё никакой HSA не было бы. Не важно где в памяти находятся данные, сколько у вас ядер, модулей, вычислительных блоков. Вы переносите указатель и производите вычисления, а не занимаетесь «переливанием» байт с одного исполнительного устройства на другое. Снижается нагрузка на кэш-память, упрощается управление самим процессором. Абстракция памяти на уровне платформы позволит использовать один и тот же код для разных платформ, упрощая жизнь разработчикам ПО.
Сложности OpenCL и C++ AMP
Программирование под параллельные системы — задача не из лёгких. Для облегчения разработчикам жизни мы разработали библиотеку Bolt, которая предоставляет эффективные паттерны для наиболее часто используемых шаблонов сортировки, сокращения, сканирования и преобразования данных с использованием параллельных вычислений.
Для ускорения Java-кода без переписывания его на OpenCL применяется специальная библиотека AparApi (с открытым исходным кодом), которая позволяет конвертировать байт-код Java в OpenCL с поддержкой параллельных вычислений на CPU и GPU-ядрах.
В последствии планируется доработать Aparapi, сначала связав его с HSAIL, затем добавив специальный оптимизатор. В конце концов HSA должна работать с гетерогенным ускорением напрямую через Java-машину, прозрачно для пользователя и программиста.
Открытый стандарт и аппаратная независимость
Мы уже говорили о том, что HSA — это открытая платформа. API и спецификации предоставляются разработчиком бесплатно, а сама HSA не зависит от набора инструкций CPU или GPU.
Аппаратная составляющая
Не AMD единым жив HSA. Разработчикам важно, чтобы написанный единожды код одинаково хорошо работал на разных устройствах. Кто-то применяет для этого языки программирования высокого уровня, вроде C++ или Java, мы же предлагаем работать на более низком уровне. С одной стороны, классические приложения смогут работать на HSA-устройствах так, словно ничего не менялось. Операционные системы будут предоставлять старым приложениям понятный и простой доступ к процессору, памяти, видеоядру. С другой стороны, HSAIL позволяет извлечь всю мощь из новых SoC, и разработчики могут создавать высокопроизводительные и экономно относящиеся к ресурсам приложения так же просто, как и для классических связок ОС и «железа».
Сейчас HSA Foundation насчитывает семь компаний, которые являются основателями данной организации: AMD, ARM, Imagination Technologies, MediaTek, Texas Instruments, Samsung Electronics and Qualcomm®.
Стандартизация в области распределения задач по вычислительным ядрам, передачи данных и указателей памяти, работы основных элементов платформы с помощью HSAIL позволяет вендорам использовать их наработки в области железа, а разработчикам не заботиться о том, что находится под капотом. Приложения, заточенные под HSAIL будут работать на любой платформе.
Плюсы и минусы аппаратных решений на базе HSA
Гетерогенная архитектура позволяет соединить возможности CPU и GPU, и в этом заключается её основной плюс. В то же время HSA бережно относится к потребляемой электроэнергии, не нагружая процессор вычислениями, которые куда эффективней запускать на GPU.
Симуляция физики твёрдых тел сегодня используется повсеместно: начиная с компьютерных игр и 3D-пакетов, заканчивая САПР, тренажёрами для медиков, военных и спортсменов. Работа на CPU подобной системы зачастую неоптимальна, т.к. требует многочисленных, но простых вычислений. А когда количество взаимодействующих объектов превышает сотни или даже тысячи, классические CPU просто не способны обеспечить соотвествующее количество вычислений. Зато архитектура GPU подходит для таких расчётов как нельзя лучше. А унифицированная адресация, страничная память, и полная когерентность позволяют перенести расчёты на соотвествующее железо с минимальными затратами ресурсов и сил разработчика.
Производительность HSA на задачах общего плана зачастую выше, чем у классических CPU и выше, чем у связки CPU + GPU за счёт того, что какими бы идеальными не были драйвера, от копирования данных из общей памяти в память GPU и отправка результатов вычислений назад может занимать больше времени, чем сами вычисления.
HSA уже сейчас быстрее классических систем, но может работать ещё лучше. Собственно, единственный текущий минус системы в том, что она новая. Популярность только начинает расти, новые модели железа в не самых благоприятных экономических условиях выходят на рынок медленнее, и популярность HSA растёт не такими темпами, как всем нам хотелось бы. Как только разработчики войдут во вкус, поймут преимущества HSA и простоту разработки под новую систему и начнут нативно поддерживать возможности гетерогенной архитектуры в своих приложениях нас ждёт расцвет новых, высокопроизводительных приложений для серверов, классических компьютеров и мобильных устройств.