【IT168 专稿】在近日的一次媒体沟通会上，英特尔向外界披露了其Larrabee处理器架构的部分信息。Larrabee是英特尔第一款的众核（manycore）X86芯片，可以被看作是一款通用的X86矢量处理器（x86 vector processor），同时带有GPU和CPU的一些特性。Larrabee也是英特尔万亿次计算研究项目的产物，这一架构已经研发了3年以上的时间。12日英特尔会在美国洛杉矶的SIGGRAPH 2008大会上发布白皮书，来详细阐明该处理器的设计架构和编程模型。
Larrabee不仅仅是一款GPU
Larrabee背后的设计思想其实是既要抢占到GPU编程的前沿阵地，又要提供一款可以广泛适用于高吞吐性应用领域的X86矢量处理器。而且，除可视化计算领域之外，这一架构在在高性能计算应用领域也有不错的前景。
实际上，英特尔把Larrabee看作是一种高吞吐的处理器，而不仅仅是一款GPU。负责该项目的高级工程师Larry Seiler强调了英特尔设计这种新架构的意图，他说，“Larrabee会对图形处理和超级计算领域产生革命性的影响。”不过，此次英特尔没有提及具体的核心数量、时钟频率和功耗，产品的发布时间也没有明确，大概会在2009年或2010年。
Larrabee最初的目标是推出一款PC用的高端GPU。通过进入高端图形处理器市场，英特尔希望把其在移动GPU市场中的优势延展到桌面游戏领域。
假如英特尔能够实现这一目标，我们相信它还会进一步把这个平台推向HPC市场。凭借其矢量性能和X86兼容性，Larrabee会成为其他高端加速器产品的重要竞争对手，这些产品包括NVIDIA的Tesla（以及其他支持CUDA编程开发环境的GPU），AMD的FireStream GPU， Cell处理器系统，ClearSpeed协处理器以及FPGA加速器等等。跟其他产品不同，Larrabee由于把CPU的逻辑部件已经整合在了芯片上面，所以不再需要外部的主处理器（host processor ）。
与普通GPU不一样的设计架构
跟今天一般的GPU相比，Larrabee采用了不同的设计架构。该芯片将一些X86内核通过一条高速的环总线（ring bus）相互连接在一起，在每个方向都是512位宽。这些核心源自于英特尔的奔腾（Pentium）处理器，带有较短、顺序的执行流水线（execution pipelines）。每个内核可以同时执行多达四个线程，同时包含一个标量（scalar ）和矢量单元（ vector unit），后者每一个时钟周期可以执行16条32位运算。由于Larrabee从根本上来说是一种CPU架构，所有很多特性如context switching, preemptive multitasking, virtual memory和page swapping都已经集成在里面。而且由于线程管理是在软件中完成的，通过传统的并行化技术，延迟就很小了。
每一个内核包含一级指令缓存和数据缓存，同时芯片上也有二级缓存。二级缓存是由多个内核进行共享的，每个内核可以分派到256KB。跟GPU不同，缓存的一致性会在整个缓存体系中得到保持，因此，在处理器间通信（ inter-processor communication ）方面，可以让软件通过一个有效的机制来在应用线程之间共享数据。内存控制器（或者是控制器）也是在芯片上的，针对特定应用的功能单元也一样。
总的来看，一颗用于图形处理的Larrabee会用到很少的特定功能硬件。几乎所有的处理都是在X86内核上通过软件来完成的。在某些情况下，最明显的是图像纹理阴影处理上，英特尔增加了特定的功能硬件来增强性能。而且根据应用不同，如vertex shading, rasterization, pixel shading等，会采用不同的功能单元。因此，跟专用的硬件不同，通过通用芯片和软件，负载均衡会更容易实现，这也意味着当在晶圆上放置新的内核时，应用性能可以实现更加均衡地增长和扩展。
为了顺利进行图形领域，英特尔将支持DirectX和OpenGL ，以支持现有的应用。对于那些喜欢创新冒险的程序员来说，英特尔也会提供专门针对Larrabee的API ，这样，软件开发人员可以充分利用这一处理器的所有功能特性。对矢量指令集的访问也会通过C语言来实现。矢量单元会支持IEEE单精度和双精度浮点运算，同时也支持32位整数运算。
性能和可编程，一个都不能少
虽然Larrabee被定义为是一款众核芯片，但其第一个版本可能只有几十个内核，而不是象NVIDIA和AMD (ATI) 的GPU那样拥有好几百个核心。而且，就主频来说，Larrabee的性能可能还要低于传统的GPU产品。比如，即便每时钟周期（每核）可以执行多达16次单精度运算，一颗1.0 GHz 的Larrabee芯片需要62个内核，其性能才能相当于 NVIDIA和AMD 今年会发布的最新的万亿次（teraflop）GPU产品。相信英特尔会找到办法让Larrabee至少达到与竞争对手相当的性能水平。不过，除了性能，Larrabee在编程方面的优势会为其挣回不少分，特别是对于软件开发商来说，它们希望在开发新应用时有更多的灵活性。
在一个成熟的市场中引入一种全新的架构，是需要冒很大风险的，这一点相信英特尔在其安腾产品上已经体会到了。当然，英特尔在行业中确实拥有很强大的推动力量，在推动ISV和OEM支持Larrabee方面英特尔已经运作了一年多。笔者认为，其在图形领域取得成功的关键在于能否打入HPC市场。在某种程度上来看，Larrabee在高端科学计算方面可能比在更狭窄的可视化计算上更有价值。不管怎样，英特尔、AMD和NVIDIA之间的竞争会越来越有看头。
附：什么是Larrabee
Larrabee是英特尔提出的Visual Computing概念中的重要组成部分，Larrabee将整合数十个到几千个x86架构的运算内核来组成Larrabee，这种处理器采用共享缓存设计，有效避免多核处理时的重复数据载入，从而实现更高的处理速度。
Larrabee基于Pentium处理器所采用的管线设计，支持多线程及64bit指令，并且提高了运算内核的分支预测功能，新架构还整合了图形处理专用电路，每个内核支持4个线程的运算，而每个线程拥有独立的寄存器，因此效率非常高。加上内部1024bit的双向环路内部数据交换网，从而满足核心对数据交换速度的需求。
英特尔将首先采用Larrabee架构开发个人电脑用图形处理器，并预定于2009～2010年推出。届时，新图形处理器将支持图形API“DirectX”、“OpenGL”及各种游戏等。该公司还将利用该架构的多核特点，向需要高水平并行处理的科学技术处理软件扩展。因此Larrabee将是一款非常重要的产品。
