中國高通量計算機的自主研發之路
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高通量計算關鍵技術
針對高通量計算高吞吐、高利用率、低延遲的需求，我們需要把當前計算機體系結構的設計從“速度導向”轉向“通量導向”，從而確保計算機系統在滿足高吞吐、低延遲的同時還能達到高利用率。針對上述目標，中國科學院計算技術研究所在高通量計算機研制過程中提出了一系列關鍵技術，包括高通量眾核體系結構、高通量片上數據通路、標簽化體系結構等。
高通量眾核體系結構
針對高通量應用中的海量并發處理需求，我們提出了?Godson－T?眾核處理器體系結構，以實現任務的高吞吐。相比于傳統多核處理器，Godson－T?采用眾核架構提供豐富的并發處理能力，并在片上網絡、片上存儲、同步模型和通信機制等方面采用創新性的設計方法，以實現任務的高吞吐和低延遲。
易擴展片上網絡。Godson－T?采用易擴展的二維網格片上網絡，同時支持擁塞感知和能耗感知的動態路由算法以實現高并發場景下的片上網絡負載均衡，進而確保網絡通信的低延遲。
細粒度可配置片上存儲。Godson－T?的片上存儲支持細粒度可配置，從而更好地適配高通量場景下復雜的數據訪問模式，降低延遲。
快速同步機制。我們設計了片上同步管理結構，支持基于數據流的核間細粒度快速同步，相比傳統的基于內存的同步機制，性能可獲得數量級的提升。
可編程數據通信機制。Godson－T?提出了可編程數據傳輸引擎結構，可以快速實現數據的水平（片上處理器核之間）和垂直（從內存到片上存儲）搬運，實現了數據通信的低延遲。
Godson－T?眾核處理器結構受到國際同行的廣泛關注，2011?年，處理器領域的知名期刊《微處理器報告》（Microprocessor Report）對?Godson－T?的研究成果進行了專門文章報道，并將其選入?2011?年全球十大服務器處理器之一。
高通量片上數據通路
“通量導向”的處理器數據通路設計也是確?！案咄掏?、低延遲”的關鍵，我們借鑒城市交通管理的思路開展設計。高通量計算在結構特征、資源管理、調度策略等方面都非常類似于城市交通管理，兩者的核心特征都是高通量，即在單位時間內完成盡可能多的處理請求，并保證?QoS，表?2?給出了兩者的類比情況。
針對應用的新特點，高通量數據通路重點在最基本的數據讀取、數據傳輸（訪存通路）和數據處理3個環節進行了創新。
數據讀取環節。針對應用中的大量細粒度訪存需求，設計了基于硬件的訪存請求收集表，通過對大量細粒度訪存的收集并批量處理，同時通過時間敏感的收集窗口控制機制，避免長延遲導致的任務失效。
數據傳輸環節。針對大量細粒度訪存的需求，提出了高密度路網的設計，從而提高片上網絡的利用率和吞吐量。支持動態通路調整，能根據數據傳輸的壓力，動態調整傳輸通路配置，提高通路利用率。此外，通過直連快速網絡保障關鍵數據通路的低延遲。
數據處理環節。提出了硬件支持的全局實時任務調度機制，將任務按照優先級及剩余裕度時間進行調度，有效保障任務的?QoS；同時避免對時間裕度不足的失效任務進行調度，從而確保硬件資源的合理利用。
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