cell体系结构.doc

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1、CELL体系结构033289孙若曦033293刘侃在05年的ISSCC年会上一个重要主题就是由STI联盟(SonyToshibaIBM)展示Cell处理器以及相关的Cell体系结构。 STI联盟为PlayStation3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。本文中包含了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。一、引言  Sony，Toshiba和IBM（简称为STI联盟）为PlayStation3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

2、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。  本文首先解释描述了Cell体系结构的相关专利，从Cell处理器到其上运行的"SoftwareCell"，然后将涉及向量处理方面的内容。二、Cell内部2.1背景虽然一直被宣传为PlayStation3的主要技术，Cell的设计目标显然要更加宏大。作为巨大的电子制造商，Sony和Toshiba购买各式各样不同的组件，开发Cell的一个主要目标就是这两家公司希望在构建自己产品的时候降低开销。诸如BluRay，HDTV和HDCamcorders以及PS3这样的下一代消费类电子产品需要新的芯片来提供所需的高级计算能力。Cell将应用

3、在全部这些需求中且可能用得更广，IBM将会用Cell来构建服务器，同时Cell可以销售给第三方制造商。Sony和Toshiba以前就在PlayStation2上合作过，但是这次的复杂设计需要来自第三个合作方的帮助来完成新芯片的设计和制造。IBM带来的并不仅仅是它的芯片设计专家，同时也带来的行业中顶尖的硅处理工艺以及实践能力－即使最大的芯片公司发生问题时也是ibm接收了寻求帮助的请求。IBM帮助过的公司都是半导体行业中知名企业。在Cell项目中已经消耗了巨额的投资，价值数十亿美元的65纳米芯片厂建造了两座，同时Sony向IBM支付了数亿美元意在Fishkill建造一条生产线。在第一块芯

4、片走出生产线之前已经消耗了数亿美元的研发费用。那么究竟Cell体系结构是怎样的呢？Cell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apuletsAPU+let+s?)，它们被送往硬件Cell进行计算并返回结果。但是这个结构并不是固定的，如果你有一台计算机，一台PS3和一台HDTV都基于Cell处理器，它们可以协同工作。这种模式已经被讨论很多年，但是Cell是第一个这样的设计和实现。想象一下在你在电视机上观看"contact"【第三类接触？】时PS3每5分钟为SETI运算一会。你也许会为SETI花费的运算感到惊奇，坦诚的说，Cell的

5、速度非常快。可以走的更远一些，没有任何理由阻止你的系统将软件Cell分布到一个网络或者甚至整个世界上去。Cell的设计适合从PDA到服务器的全部工作，因此你完全可以用完全不同的系统构建一个ad-hocCell计算机。扩展只是Cell的能力的一部分，单一的系统就具有足够的计算能力。一个Cell系统中的单一计算处理单元被称为处理元(PEProcessingElement)并且甚至单独的一个Cell都是高性能的处理器，理论上他们具有250GFLOPS的处理能力。在计算世界中通常很多理论上的最大性能图表(带宽，处理性能，吞吐率)在现实生活几乎无法看到。Cell在某些指定的应用上能够接近理论最

6、大性能。2.2说明一个处理元PE(或者硬件Cell)包括下面的部分：a..一个处理单元PPEb..8个SPEc..DMACd..I/O接口÷为了满足内部处理的需求高速存储和I/O是必需的。为此Sony和Toshiba从Rambus那里获取了"Yellowstone"和"Redwood"的许可证，Rambus也参与了6.4GHzI/O的设计。处理器单元（PPE）PPE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。目前只有3种处理器适用这一名词：Power5，Power4和源自Power4的PowerP

7、C970（也就是G5）。按照IBM的说法Cell处理器是多线程，多核心的，由于SPE基本上肯定不会是多线程的，看来PPE应该是基于Power5核心的－与不久的将来在Apple机器上使用的G6使用一样的核心。IBM声称有这一芯片的开发计划但"下一代970"的叫法让大家感到困惑。当然IBM也有可能开发了一个完全不同，以前从未提到的64位处理器。从IBM的行事方式看这并非没有可能。在蓝色基因超级计算机种使用的440处理器与可以在嵌入式系统中发现的440已经完全不