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单指令流多数据流

指数 单指令流多数据流

单指令流多数据流(Single Instruction Multiple Data,縮寫:SIMD)是一种采用一个控制器来控制多个处理器,同时对一组数据(又称“数据向量”)中的每一个分别执行相同的操作从而实现空间上的并行性的技术。 在微处理器中,单指令流多数据流技术则是一个控制器控制多个平行的处理微元,例如Intel的MMX或SSE,以及AMD的3D Now!指令集。 圖形處理器(GPU)擁有強大的並行處理能力和可程式流水線,面對单指令流多数据流時,運算能力遠超傳統CPU。OpenCL和CUDA分別是目前最廣泛使用的開源和專利通用圖形處理器(GPGPU)運算語言。.

15 关系: 并行计算并行通信微处理器圖形處理器图形处理器通用计算CUDA縮寫超威半导体英特尔處理器MMXOpenCLSSE控制器3DNow!

并行计算

并行计算(parallel computing)一般是指许多指令得以同时进行的计算模式。在同時進行的前提下,可以將計算的過程分解成小部份,之後以並行方式來加以解決。 電腦軟體可以被分成數個運算步驟來執行。為了解決某個特定問題,軟體採用某個演算法,以一連串指令執行來完成。傳統上,這些指令都被送至單一的中央处理器,以循序方式執行完成。在這種處理方式下,單一時間中,只有單一指令被執行(processor level: 比较微处理器,CISC, 和RISC,即流水线Pipeline的概念,以及后来在Pipeline基础上以提高指令处理效率为目的的硬件及软件发展,比如branch-prediction, 比如forwarding,比如在每个运算单元前的指令堆栈,汇编程序员对programm code的顺序改写)。平行運算採用了多個運算單元,同時執行,以解決問題。.

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并行通信

并行是指多位元数据同时通过并行线进行传送,这样数据传送速度大大提高,但并行传送的线路长度受到限制,因为长度增加,干扰就会增加,数据也就容易出错。.

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微处理器

微处理器(Microprocessor,缩写:µP或uP)是可程式化特殊集成电路。一种处理器,其所有元件小型化至一块或数块集成电路内。一种集成电路,可在其一端或多端接受编码指令,执行此指令并输出描述其状态的信号。这些指令能在内部输入、集中或存放起来。又称半导体中央处理器(CPU),是微型计算机的一个主要部件。微处理器的元件常安装在一个单片上或在同一组件内,但有时分布在一些不同芯片上。在具有固定指令集的微型计算机中,微处理器由算术逻辑单元和控制逻辑单元组成。在具有微程序控制的指令集的微型计算机中,它包含另外的控制存储单元。用作处理通用资料时,叫作中央处理器。這也是最为人所知的应用(如:Intel Pentium CPU);专用于图像资料处理的,叫作Graphics Processing Unit图形处理器(如Nvidia GeForce 9X0 GPU);用于音讯资料处理的,叫作Audio Processing Unit音讯处理单元(如Creative emu10k1 APU)等等。从物理角度来说,它就是一块集成了数量庞大的微型晶体管与其他电子元件的半导体集成电路芯片。 之所以会被称为微處理器,並不只是因为它比迷你电脑所用的处理器还要小而已。最主要的区别別,还是因为当初各大晶片厂之制程,已经进入了1 微米的阶段,用1 微米的制造,所產製出來的处理器晶片,厂商就会在产品名称上用「微」字,强调他们很高科技。与现在的许多商业广告中,「纳米」字眼时常出现一样。 早在微处理器问世之前,電子計算機的中央处理单元就经历了从真空管到晶体管以及再后来的离散式TTL集成电路等几个重要阶段。甚至在電子計算機以前,还出现过以齿轮、轮轴和杠杆为基础的机械结构计算机。,但那个时代落后的制造技术根本没有能力将这个设计付诸实现。微處理器的發明使得複雜的電路群得以製成單一的電子元件。 从1970年代早期开始,微处理器性能的提升就基本上遵循着IT界著名的摩尔定律。这意味着在过去的30多年里每18个月,CPU的计算能力就会翻倍。大到巨型机,小到筆記型电脑,持续高速发展的微处理器取代了诸多其他计算形式而成为各个类别各个领域所有计算机系统的计算动力之源。.

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圖形處理器

圖形處理器(graphics processing unit,縮寫:GPU),又稱顯示核心、視覺處理器、顯示晶片或繪圖晶片,是一種專門在個人電腦、工作站、遊戲機和一些行動裝置(如平板電腦、智慧型手機等)上執行繪圖運算工作的微處理器。 圖形處理器是輝達公司(NVIDIA)在1999年8月發表精視 256(GeForce 256)繪圖處理晶片時首先提出的概念,在此之前,電腦中處理影像輸出的顯示晶片,通常很少被視為是一個獨立的運算單元。而對手冶天科技(ATi)亦提出視覺處理器(Visual Processing Unit)概念。圖形處理器使顯示卡减少了對中央處理器(CPU)的依赖,並分擔了部分原本是由中央處理器所擔當的工作,尤其是在進行三維繪圖運算時,功效更加明顯。圖形處理器所採用的核心技術有硬體座標轉換與光源、立體環境材質貼圖和頂點混合、纹理壓缩和凹凸映射貼圖、雙重纹理四像素256位渲染引擎等。 圖形處理器可單獨與專用電路板以及附屬組件組成顯示卡,或單獨一片晶片直接內嵌入到主機板上,或者內建於主機板的北橋晶片中,現在也有內建於CPU上組成SoC的。個人電腦領域中,在2007年,90%以上的新型桌上型電腦和筆記型電腦擁有嵌入式繪圖晶片,但是在效能上往往低於不少獨立顯示卡。但2009年以後,AMD和英特爾都各自大力發展內建於中央處理器內的高效能整合式圖形處理核心,它們的效能在2012年時已經勝於那些低階獨立顯示卡,這使得不少低階的獨立顯示卡逐漸失去市場需求,兩大個人電腦圖形處理器研發巨頭中,AMD以AMD APU產品線取代旗下大部分的低階獨立顯示核心產品線。而在手持裝置領域上,隨著一些如平板電腦等裝置對圖形處理能力的需求越來越高,不少廠商像是高通(Qualcomm)、PowerVR、ARM、NVIDIA等,也在這個領域裏紛紛「大展拳腳」。 GPU不同于传统的CPU,如Intel i5或i7处理器,其内核数量较少,专为通用计算而设计。 相反,GPU是一种特殊类型的处理器,具有数百或数千个内核,经过优化,可并行运行大量计算。 虽然GPU在游戏中以3D渲染而闻名,但它们对运行分析、深度学习和机器学习算法尤其有用。 GPU允许某些计算比传统CPU上运行相同的计算速度快10倍至100倍。.

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图形处理器通用计算

图形处理单元上的通用计算(General-purpose computing on graphics processing units,簡稱GPGPU或GP²U),是利用处理图形任务的图形处理器来計算原本由中央处理器处理的通用计算任务。这些通用计算任务通常与图形处理没有任何关系。由于现代图形处理器有强大的并行处理能力和可编程流水线,令流处理器也可以处理非图形数据。特别是在面对单指令流多数据流(SIMD)且数据处理的运算量远大于数据调度和传输的需要时,通用圖形處理器在性能上大大超越了传统的中央处理器应用程序。.

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CUDA

CUDA(Compute Unified Device Architecture,统一计算架构)是由NVIDIA所推出的一種整合技術,是該公司對於GPGPU的正式名稱。透過這個技術,使用者可利用NVIDIA的GeForce 8以後的GPU和較新的Quadro GPU进行计算。亦是首次可以利用GPU作為C-编译器的开发环境。NVIDIA行銷的時候,往往將编译器與架构混合推廣,造成混亂。實際上,CUDA可以相容OpenCL或者自家的C-编译器。無論是CUDA C-語言或是OpenCL,指令最終都會被驅動程式轉換成PTX代碼,交由顯示核心計算。.

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縮寫

縮寫(abbreviation),在语言学裡嚴格地说是一種詞語的簡易格式,又称缩略语或簡稱。但實際上,它是從詞中提取關鍵字來簡要地代表原來的意思。例如,「欧洲联盟」被省略作為「欧盟」。.

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超威半导体

超微半导体公司(Advanced Micro Devices, Inc.;縮寫:AMD、超微,或譯「超威」),創立於1969年,是一家專注於微处理器及相關技術設計的跨国公司,总部位于美國加州舊金山灣區矽谷內的森尼韦尔市。最初,超微擁有晶圓廠來製造其設計的晶片,自2009年超微將自家晶圓廠拆分為現今的GlobalFoundries(格羅方德)以後,成為無廠半導體公司,僅負責硬體積體電路設計及產品銷售業務。現時,超微的主要產品是中央處理器(包括嵌入式平台)、圖形處理器、主機板晶片組以及電腦記憶體, 超微半導體是目前除了英特爾以外,最大的x86架構微處理器供應商,自收購冶天科技以後,則成為除了輝達以外僅有的獨立圖形處理器供應商,自此成为一家同時擁有中央處理器和圖形處理器技術的半導體公司,也是唯一可与英特爾和輝達匹敵的廠商。在2017年第一季全球個人電腦中央處理器的市場佔有率中,英特爾以79.8%排名第一、AMD以20.2%位居第二。於2017年8月,AMD CPU在德國電商Mindfactory的銷售量首次以54.0%超越intel,並於9月增長至55.0%,於10月(同時也是Coffee Lake推出之月份),銷售份額仍繼續成長至57.7%,於11月,由於增加部分未計算型號,份額下降至57.4%.

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英特尔

英特爾公司(Intel Corporation,、)是世界上最大的半導體公司,也是第一家推出x86架構處理器的公司,總部位於美國加利福尼亞州聖克拉拉。由羅伯特·諾伊斯、高登·摩爾、安迪·葛洛夫,以“集成電子”(Integrated Electronics)之名在1968年7月18日共同創辦公司,將高階晶片設計能力與領導業界的製造能力結合在一起。英特爾也有開發主機板晶片組、網路卡、快閃記憶體、繪圖晶片、嵌入式處理器,與對通訊與運算相關的產品等。“Intel Inside”的廣告標語與Pentium系列處理器在1990年代間非常成功的打響英特爾的品牌名號。 英特爾早期在開發SRAM與DRAM的記憶體晶片,在1990年代之前這些記憶體晶片是英特爾的主要業務。在1990年代時,英特爾做了相當大的投資在新的微處理器設計上與培養快速崛起的PC工業。在這段期間英特爾成為PC微處理器的供應領導者,而且市場定位具有相當大的攻勢與有時令人爭議的行銷策略,就像是微軟公司一樣支配著PC工業的發展方向。而Millward Brown Optimor發表的2007年在世界上最強大的品牌排名顯示出英特爾的品牌價值由第15名掉落了10個名次到第25名。 而主要競爭對手有AMD、NVIDIA及Samsung。.

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處理器

處理器可以指:.

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MMX

MMX是由英特尔开发的一种SIMD多媒体指令集,共有57条指令。它于1996年集成在英特尔奔腾(Pentium)MMX处理器上,以提高其多媒体数据的处理能力。 其优点是增加了處理器關於多媒体方面的处理能力,缺点是占用浮点数寄存器进行运算(64位MMX寄存器实际上就是浮点数寄存器的别名)以至于MMX指令和浮点数操作不能同时工作。为了减少在MMX和浮点数模式切换之间所消耗的时间,程序员们尽可能减少模式切换的次数,也就是说,这两种操作在应用上是互斥的。AMD在此基础上发展出3D Now!指令集。 3D Now!發佈一年後,Intel在MMX基础上发展出SSE(Streaming SIMD Extensions)指令集,用來取代MMX。現在,新開發的程式不再僅使用MMX來最佳化軟體執行效能,而是改使用如SSE、3DNOW!等更容易最佳化效能的新一代多媒體指令集,不過目前的處理器大多仍可以執行針對MMX最佳化的較早期軟體。.

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OpenCL

OpenCL(Open Computing Language,开放计算语言)是一个为异构平台编写程序的框架,此异构平台可由CPU、GPU、DSP、FPGA或其他类型的处理器與硬體加速器所组成。OpenCL由一门用于编写kernels(在OpenCL设备上运行的函数)的语言(基于C99)和一组用于定义并控制平台的API组成。OpenCL提供了基于任务分割和数据分割的并行计算机制。 OpenCL类似于另外两个开放的工业标准OpenGL和OpenAL,这两个标准分别用于三维图形和计算机音频方面。OpenCL擴充了GPU圖形生成之外的能力。OpenCL由非盈利性技术组织Khronos Group掌管。.

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SSE

SSE(Streaming SIMD Extensions)是英特尔在AMD的3D Now!发布一年之后,在其计算机芯片Pentium III中引入的指令集,是繼MMX的擴充指令集。SSE指令集提供了70條新指令。AMD后来在Athlon XP中加入了对这个新指令集的支持。.

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控制器

在控制論中,控制器(controller)是一依據傳感器信號,來調整發送至致動器的輸出信號,用以改變受控體(plant)狀況的裝置。舉例來說,屋內的空調系統可用溫度控制器,依據溫度計測量的氣溫,以調整冷氣機強度,以達到一個舒適的環境溫度。.

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3DNow!

3DNow!(據說是“3D No Waiting!”的縮寫)是由AMD開發的一套SIMD多媒體指令集,支持單精度浮點數的矢量運算,用於增强x86架構的電腦在三维圖像處理上的性能。.

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