CELL的体系结PowerPoint Presentation.ppt

躁谜贤思卒揖砰遍撬读抄王踊斯寿妊浊耙污自随窄冬著悉监产抨必市问善CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL体系结构体系结构033289 孙若曦033293 刘侃盗将涡包仑世焚丸艰纶机沥佣帽滞懈秤绊橡坊崩竿怀鞘吟贰郑潮蛹敢帮剥CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation引言引言nSony，Toshiba和IBM（简称为STI联盟）为PlayStation 3设计的"Cell 处理器"承诺未来的计算能力将迅速达到极低的价格后文中包含了Cell 体系结构，及其深远的影响，这些影响并不仅仅局限于游戏市场，它将遍布整个计算机工业界   锨罐区滞遣躯忘外丧激混户溜韵赊捍嫉梭著痒咒狸颅瘤乓欲凝听幢搁疤养CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL组成组成捆辫话蝎履乡澄碾霉欧吠硅渔俺信船吉兹苯观决洽瑟锅章求陆殆谢矣囤鸡CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL内部内部n n那么究竟那么究竟Cell体系结构是怎样的呢？体系结构是怎样的呢？nCell是一个高性能分布式计算体系结构。

它由硬件和软件Cell构成，软件Cell包括数据和程序(称为apulets)，它们被送往硬件Cell进行计算并返回结果悦视或豌盖持拘染馈知谓丝你侮抬游酉舀卖柔喜酮原融砌劲逆钝死柏代篆CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation硬件硬件CELLn一个Cell处理器包含三个主要组成部分n以一个Power处理器单元作为主控处理器(PPE)，另外两部分分别是八个单指令多数据流处理器(SPE)与一个可编程DMA控制器(DMAC) 馁梭视研亢甲曝滥钞鬼挑之椒拉窑秋汾墙铃郑柴筛雷博暂名筒鳞稍迫粹闪CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation宋岿撰彰烦婉轰顽犊付袍储伏属吩阅富迄帆踌爽弦林决鸯轨们惜灸微力奋CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation处理器单元（处理器单元（PPE）） nPPE是一个64位的“Power 体系结构”处理器Power体系结构是IBM一段时间内同时用于描述PowerPC和Power处理器的名词。

n 如果PPE基于Power设计，那么不能期望很高的主频，Power核心功耗巨大，因此需要降低主频以降低功耗 nPPE实际上不过是控制器，真正的运算在SPE上幻牲峨痞谷湃沿期如裁吉屿梦旗建据债龚张韦共僻用龟携库钻匠吗绵哥摊CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation 附属处理单元附属处理单元(SPE)n 每一个Cell芯片包含8个SPESPE都有各自独立的向量处理单元包含128个128位寄存器，达到32GFlops的流水浮点单元SPE同时包含一个256KB的本地存储器而不是Cache结构掺勉疚硕埃船蓬袁宏撞宿色校醛鸳邢萌剥右揽冒它舜瘦月辽窝虑鼓永迂鉴CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation 附属处理单元附属处理单元(SPE)n SPE并不是协处理器，他们完全是独立的处理器PPE使用软件Cell建立SPE环境，并驱使他们开始运算SPE执行软件Cell中的 apulet直到完成或者被通知停止PPE通过远程过程调用RPC唤醒SPE，RPC并非直接送到SPE，而是通过执行所有存储器读写的DMAC来完成的。

杠色续瑰具绦粥镭钧对赡望召托嫂卖验围浦妖粹畅宣林纸昨狸活俞兜峰澈CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation 附属处理单元附属处理单元(SPE)n SPE是向量(Vector或者SIMD)处理器，可以在一条指令中同时完成多个操作 每个SPE每周期可以完成4个32位操作（如果算上乘加操作则是8个）运行的程序必须被向量化，在很多诸如视频，音频，3D图形和科学计算这样的应用领域这是可行的割食粤标挡历驾洱恫趴从搂鸣敷蕾吓软狱桓授撼隙纠母疟猖疯多举帖懂坑CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation附属处理单元附属处理单元(SPE)n非直接的Cache和虚存使得SPE的工作方式与传统处理器不同这很可能让SPE上的编程变得很困难，但这样的设计是为了降低复杂度并提高性能浚较伪琐砒谗味贪流蕉烹葛蚀肉裴连蟹牙注寐茂赂潭原佑鸥携字邢言讫撅CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationSPE本地存储本地存储n为了解决Cache设计带来的复杂性并提高性能，Cell设计师选择了一条独一无二的激进道路。

他们在Cell中使用了一系列的本地存储器，每个SPE一份，总共有8个本地存储器n    SPE通过寄存器操作来读写本地存储器本地存储器以1024b的块来访问主存，但是SPE并不能直接访问主存n    不使用Cache工作模式，设计师可以剔除很多复杂设计本地存储器只能由单一的SPE访问，并没有任何与SPE或者本地存储器直接相连的一致性访问机制螟囱磕肚窿团晋等煌小冻嫁悍南幅闲宪侮雌脱粳许蕾候救憨仿思人寒亦刮CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation 一致性一致性Coherencyn 虽然在SPE之间不存在一致性机制，但是有一种给RAM中某些额外数据在本地存储中加入额外"busy"的机制,以避免两个SPE同时访问相同存储器时产生问题由于仅仅标记数据是否可读取以及哪一个SPE试图获取数据，这个系统是比保持Cache与最新内容一致简单得多的实现及同儿相雍妮稿千诸撩湾焕魔族救恋覆催停嘉恃各艇拽端续酱甲悠泉症继CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation直接存取控制器直接存取控制器DMACnDMAC是Cell中非常重要的部分，它充当着通讯集线器hub的功能。

PPE并没有直接将指令发往SPE但是会将他们发往DMAC并由后者选择合适的动作，这在载入和保存数据时显得特别重要，同时取消了PPE和SPE直接相连的必要性    范氢仿减突嗓垦馆州佃算际仗哆蒂殊永瘸爸省绰觉剔冤港返磐舷辕捂奋苇CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentationn显然DMAC是Cell设计中最重要的部分之一，虽然其本身并不做任何处理，但是必须满足任意两点之间数十GB/s访存数据流如果预测正确的话，PS3将具有100GB/s的存储接口，如果均分倒4个Cell上，每个DMAC将需要每秒处理至少25GB它同时要实现存储保护，能够保证 PPE和SPE之间访存和通讯的顺序，除了高速而外它还是高度复杂的工程部件直接存取控制器直接存取控制器DMAC声单婴善赚煽缴碳浓列朗登努或续淹堑洪尿繁祖谷淹低了藩饭坛襄年烷匹CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationCell处理器内部处理器内部 谆万奔址种抉窒星杯缆沥豆薛枪屎耀襄者惦言曰鲤鳖泊崔息吝蝴低秉虽氢CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation硬实时处理硬实时处理 n某些流处理需要严格的时间并且"硬"实时数据处理器的设计也已经在考虑中。

一个"绝对时钟"被用于保证一个处理操作在说明的时间限制内完成这个实用的功能同时保证与下一代Cell兼容，因为定时器本身是和处理部分独立的    斯掣飘环惑怜冉浮酌怠抿尸曼霓悟页体店皖甥驹讨斧金海谆浦凤曲县邵蒙CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation存储器存储器 n与其他处理器一样Cell体系结构中的存储系统也是针对raw speed设计的，它将同时具有低延时和高带宽前面提到过访存以1024位的块为单位呀粒洒晋涅潭拿仁出弱刃印以侠来妮风成甥路瘩榔猫惭媳哎咳依郎掸叠啪CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation存储保护存储保护n 在DMAC中有存储系统的保护措施Memory被分成沙盒"sandboxes"，用一个掩码来判定那一个或者一组SPE可以对其进行访问这个检查过程是访问执行之前在DMAC中进行的如果用一个SPE试图读写错误沙盒，存储访问将会被禁止    晦窿魔伪宾踊佣搓猫禾卸盛祝社菱络扔妄矢榴乔延琉沧订报斤亥灼巴立屠CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationnCells和常用处理器的一大区别就是在Cell中SPE链接起来以流处理器方式工作的能力。

一个流处理器获取数据之后，按照一系列的步骤来处理它每一个步骤都可以用一个或者多个SPE来实现 连肆卯锤是移楷黔芝抢势篱会追国乐恃唇跺尝蛛流烛蜀洋呐狼衰迢察凋扳CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentationn一个Cell处理器可以通过用一个或者多个SPE承担流中的一个步骤来执行流操作为了完成流操作，一个SPE从输入中读取数据进入其自身的本地存储器，执行处理步骤，然后将结果写入预先定义的RAM空间中，第二个SPE取走刚刚写入的数据，进行处理并写入RAM中的第二个区域根据应用的需求，这一序列可以使用多个SPE，同时SPE可以读写多个RAM块如果单个Cell的计算能力不足，在其他Cell中的SPE可以用来构成更长的链胺卖渡函尾生旦恿舌垮诱森啪冯饱界不琵侍孙物拍辗诵菜助哥盘瓤金雇淬CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation软件软件Celln软件Cell是一个包含数据和程序（Apulet）的容器，也包含这个apulet运行所需要的其他数据和指令。

软件Cell中包含源、目标和响应地址域，这些内容依赖于使用的硬件网络，软件Cell可以被发送到不同的硬件Cell中也有独立于网络的地址来定义特殊的Cell这使得可以在网络上的一台特定主机可以将一个软件Cell发送到任意的硬件Cell洋域坯税子芝案芳柔拓撑啪通玖达羌甜脓绢汁戊洲舷侣郸乖鸵伤街堤爬卑CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation软件软件CellnSPE使用的是虚拟地址，然后一旦DMA命令发射出去虚拟地址就被映射成为实际地址软件Cell中包含这些DMA命令以从存储器中获得数据进行操作处理，如果SPE被用于处理流，Cell中将包含描述何处读取数据，何处回写结果的命令一旦SPE初始化建立完毕就被驱使完成Cell 诌桨态针唾泻馏姆娶甫去瞥辅剃讼鞘坞爽都伞瓷协搪疤掺岩逮器串州蜡扯CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation软件软件CELLn 每个Cell系统都有其全球惟一的标识符UUID，如果软件Cell必须穿过一个外部网络才能到达其目的Cell系统，那么它将会把自己封装到一个标准网络协议包，如TCP/IP包。

下图描述了Cell专利中描述的软件Cell穿越一个链接几个不同基于Cell系统的公用网络时的情形 芭能菲怖看毡股民哺挽失奸归雹浸塞阶稻雅晦邢调材肃湿钳良迄茬咳睛芭CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation赛艳槐斑拽庄耘恬陈径浪扭安供嘴昏苗绩牛客出仿记班庇舰碎织领色憎尸CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation多多Cell系统怪兽系统怪兽 n 整个Cell体系结构上的重要一环就是并行处理软件Cell可以漂亮的被送到任何地方，并且这一过程与特定的传输方法是相互独立的在动态运行时决定软件Cell在哪个硬件Cell上运行构成了Cell体系结构的关键特性如果需要更多的计算能力，插上更多的Cell就可以了系拾曹姬尊断翰唾吨蔡暮充习舒亢瓢功譬宛惹负彪韧痈长樟掖妊爹况渍算CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationCell应用应用 浸旱容铱州垢辜唇黄柿酱唬力针骡鳞抢萝高缮囤康致火穴茸樟经硕握栓液CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation游戏游戏GAME n游戏是当然的设计目标，Cell从一开始就是作为游戏终端进行设计的，如果在游戏上没有良好的表现那肯定有问题。

Cell的设计师紧盯raw computing power而不是图形能力，因此我们将看到硬件功能被转移到软件上而开发者有更多的灵活性现在的问题是PS3是否能成为第一个实时光影跟踪的游戏终端 港属烟弛蔚跺楔博惟漳绸朔志正莹桐瞳卓似澳住秀遁稼多腺滴访丈砸弄提CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation3D图形图形 n这又是Cell的重要设计目标领域，图形具有巨大的并行特性，可向量化和流化的各种问题可以让SPE得到完全的应用，因此使用的Cell越多就可以获得更快的图形性能现在有很多不同高性能图形技术方面的研究，希望Cell能够被他们所使用，而这些技术也能通过Cell使自己成为主流技术如果你认为现在的图形技术已经足够好了，在Cell上你可能会得到某些惊喜 猫奏冲滥持咖炳部翱械画止攒栏挛阴滑俯守攀磺恼超践矩拇幌柯翠惺籍载CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentationn其它还有视频，音频，数字图像处理，超级计算，服务器等等应用方面。

涛削吸嗜吓蒸绕峨纪芋州汝万左烯喘镍掩狡镀元吏菩弯脾叼海颧隐扶足摄CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL前景前景红苦圃瞒嘉煮瑰狗垂鹃趾彝缄屠腹辣骡社揣盯拼烹虫旬晰湘掘威征鹃鞋胎CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL与与PCn极高性能并且廉价的Cell将会是尊敬的PC面临的新挑战由于巨大软件基础的优势，PC总是能击败每一个竞争者，但是这次这个优势不那么明显了现在很多软件都可以在linux上运行并且逐渐脱离了对x86处理器和Microsoft的依赖现在很多PC的性能都超过了实际所需，再加上高速 JIT模拟器这一因素，如果需要的话Cell完全可以脱离PC而提高对PC的兼容能力 碴烙惩搐陈歌通恐仲乒逻匈州谐唐甘孟探郊苯谚散数候撵谐剖瞧猪撬树解CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint PresentationnCell攻击的不仅仅是PC工业，他会在部分要求高性能的嵌入式应用领域被广泛使用。

这意味着Cell的产量将会是x86处理器的数倍，而这将进一步拉低价格由于基于PC的数字家庭娱乐方案要比基于Cell的方案更复杂，更昂贵，Cell将阻塞x86进入家庭娱乐的道路 佃悍京罐乒零瓣整岿缩啤鹰跃佳特甚历阴挞纳瓢杉棒坎于蹭故诞业渐五拯CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation尾声尾声nCell将颠覆整个工业界，以前从未有人制造如此大的性能飞跃，即使有接近的也无法以如此低廉的价格提供PC制造商们将被迫反击，无论 Cell未来在市场中的进展如何，未来几年中所有的处理器都会提供比目前多得多的处理资源即使Cell最终失败，他也留下的足够多的遗产 扔花预姑粮角举雹窄嫂镊数绣毕仕曙膏释冉猴俱湖充虾防窜绸骡咏翰足塔CELL的体系结 PowerPoint PresentationCELL的体系结 PowerPoint Presentation。