美國加州大學(xué)戴維斯分校(University of California-Davis)電機系學(xué)生設計出一款號稱(chēng)1000核心的處理器，其中包含6.21億個(gè)晶體管，支持每秒1.78兆次指令的運算效能與終極傳輸速率。

這款1000核心的處理器名為“KiloCore”，據稱(chēng)是今最節能的多核心處理器。它在日前于夏威夷檀香山舉辦的“2016 年超大型積體技術(shù)暨電路研討會(huì )”(Symposia on VLSI Technology & Circuits)上首度現身。

帶領(lǐng)該芯片架構設計團隊的該校電子與計算機工程系教授Bevan Baas表示：“據我們所知，它是世界上第一個(gè)1000核心的處理器芯片，具備最高速率的頻率。”

根據Baas研究團隊進(jìn)行的分析指出，雖然業(yè)界持續開(kāi)發(fā)出其他多核心處理器芯片，但沒(méi)有一款超過(guò)300核心。這些高核心數的處理器芯片中多半都是為了研究用途而開(kāi)發(fā)的，很少真正能商用化上市。但KiloCore芯片已實(shí)際進(jìn)行制造與執行了——它采用了IBM 32-nm PD-SOI CMOS技術(shù)制造。

KilCore的基本架構是“多重指令/多重數據”(MIMD)，每一個(gè)七階管線(xiàn)核心都是通用單元，包含72個(gè)指令集以及單一指令/周期。研究團隊表示，有別于GPU級芯片不同，KilCore沒(méi)有一種指令集基于特定算法。

KilCore在1.1V下支持高達每秒1.78兆次指令的運算效能、1.78GHz的頻率速度：在0.84V與1GHz時(shí)的功耗約13.1W，而在0.56V與115MHz時(shí)則可達到5.8 pJ/Op的峰值功率效率。

每個(gè)核心均能獨立供電，而且可以在無(wú)須執行任務(wù)時(shí)斷電以降低漏電。相較于快取的架構，每一個(gè)處理器都能在不同的位置分層中儲存指令與數據，包括本地內存、一或多個(gè)鄰近處理器、芯片上獨立內存模塊或外部?jì)却娴取?/span>

每個(gè)處理器都經(jīng)由高通量電路交換網(wǎng)絡(luò )、分組交換網(wǎng)絡(luò )(芯片形式)進(jìn)行通信。研究團隊表示，采用像‘蟲(chóng)洞’(wormhole)的路徑，使其從芯片上的協(xié)同處 理器提供運算的能量開(kāi)銷(xiāo)較低。也就是說(shuō)，從相鄰或附近核心而來(lái)的信息，將可透過(guò)‘電路’網(wǎng)絡(luò )路由；而從更遠的處理器矩陣而來(lái)的信息，則透過(guò)封包網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳送。

每個(gè)核心都有南北東西向的通信緩沖信道，以及用于主處理器通信的第五信道；在1.1V時(shí)的每路由器最大傳輸速率為45.5 Gbps，在1.1V時(shí)則可達9.1 Gbps的每端口傳輸速率。

在0.9V供電電壓下，3.36mW的最大傳輸率為27.1Gbps；而在0.67電壓時(shí)，429 µW的最大傳輸速率為8.1 Gbps。

KiloCore的1000核心處理器、1000封包路由器以及12個(gè)獨立的內存，都經(jīng)由本地振蕩器進(jìn)行頻率控制，但無(wú)需使用PLL或改變頻率，可在1-5個(gè)頻率周期內暫停以及在不到1頻率周期內重新啟動(dòng)，以降低功枆。該芯片尺寸約8mm2，搭載32排32顆處理器核心(共992顆核心)，而剩下的8顆核心以及內存則置于最后一排。

采用多核心數組的一項挑戰就是任務(wù)排程，以及保持所有的核心持續運轉。研究團隊打造出一款編程模型與編譯程序，透過(guò)多步驟過(guò)程進(jìn)行編程來(lái)分配所有的處理器任務(wù)。然而，為了利用現有的封裝技術(shù)，研究人員在測試時(shí)僅用了中央的160顆核心，未來(lái)還必須進(jìn)一步測試完整的芯片性能。

高一些核心數組工作的一個(gè)主要挑戰是安排任務(wù)，并保持所有內核忙碌。該團隊已經(jīng)創(chuàng )建了一個(gè)編程模型和編譯程序;他們說(shuō)，編程是通過(guò)多步驟的過(guò)程，分配方案的處理器。然而，利用現有的包裝，只有中央160內核在測試中被供電的，全芯片的性能數據被假定為推斷。

每個(gè)處理器核心可以獨立作業(yè)，相較于GPU等處理器所使用的謂“單指令多數據”(SIMD)途徑，基本上可說(shuō)是一種較更活的途徑；其想構在于將應用劃分成多個(gè)小單元，每一個(gè)應用單元都能在不同的處理器上平行處理，從而以較低能耗實(shí)現高吞吐量。Baas并補充說(shuō)，KiloCore是最節能的多核心芯片。

例如，1000核心處理器每秒可執行1150億條指令，而功耗僅0.7W，低至足以用一顆AA電池就能供電。相較于目前的筆記本電腦處理器，KiloCore芯片的效能更高100倍，且更具能效。

研究人員已經(jīng)為該芯片開(kāi)發(fā)出各種應用，包括無(wú)線(xiàn)編碼/譯碼、處理、加密，以及其他有關(guān)大量平行資料運算的應用，例如科學(xué)數據應用以及數據中心記錄處理。