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Ce qui est probablement l'annonce la plus importante de l'AFDS a été quelque peu éclipsée hier compte tenu des détails dévoilés sur la future architecture des GPUs AMD : la FSA.

Phil Rogers, AMD Corporate Fellow, dévoile les évolutions à venir dans le calcul hétérogène.
Un frein à l'utilisation du GPU computing réside dans l'overhead énorme lié à son exploitation, un point qu'AMD entend bien faire disparaître avec la Fusion System Architecture, une combinaison hardware et software destinée à simplifier le GPU computing et son utilisation combinée avec les cores CPUs.



La FSA fait disparaître la lourdeur de la plateforme GPU compute actuelle.
Comme son nom l'indique, la FSA est avant tout pensée pour les APUs dans lesquels cores CPU et GPU sont proches l'un de l'autre, ce qui implique une communication simplifiée entre eux et une gestion d'un espace mémoire unifié plus simple à mettre en place. AMD compte cependant faire profiter les GPUs présents sur les cartes graphiques de tout ceci, grâce au PCI Express 3.0 qui offrira une bande passante supérieure ainsi qu'un espace unifié cohérent.


Cores CPU et GPU travaillent main dans la main plus efficacement grâce à la FSA.
La FSA n'est pas une nouvelle API mais une plateforme optimisée pour OpenCL et destinée à remettre à plat l'utilisation du GPU computing. Latence réduite, fin des copies de données inutiles entre les espaces CPU et GPU, pointeurs partagés entre CPU et GPU, possibilité d'un accès bas niveau au hardware pour des librairies hyper optimisées, modèle de queues hardware repris du SMP…

L'arrivée complète de la FSA se fera dans les 3 ans selon AMD, dont une partie (le dispatching optimisé) introduite en principe cette année avec la nouvelle architecture GPU dévoilée à l'AFDS également. AMD entend rendre la FSA ouverte à la concurrence, reste à voir si cet appel trouvera un écho chez Intel et Nvidia !

Dans tous les cas il est intéressant d'observer qu'AMD, vu comme plutôt passif dans le domaine du GPU computing ces dernières années, à décidé de prendre à bras le corps les challenges que représentent son exploitation. Il faut dire que le fabricant n'a pas d'autre choix, les APUs ayant un besoin criant de telles évolutions pour montrer tout leur intérêt. La documentation complète de la FSA devrait être publiée avant la fin de l'année de manière à permettre aux développeurs de s'y préparer.

La première journée du Fusion Summit s'est terminée par une session surprenante durant laquelle Michael Mantor, Senior Fellow Architect, et Mike Houston, Fellow Architect, ont dévoilé la future architecture GPU d'AMD avec de très nombreux détails, ne laissant que quelques éléments spécifiques au rendu 3D de côté.

Michael Mantor, AMD Senior Fellow Architect.
AMD travaille sur cette nouvelle architecture depuis près de 5 ans déjà et a pour objectif principal d'en simplifier le modèle de programmation pour convaincre un maximum de développeurs de se pencher sur la puissance de calcul offerte par les GPUs. Il s'agit également de la première architecture a avoir été influencée en profondeur par l'intégration d'ATI dans AMD et par le projet Fusion.


Cette architecture marque ainsi une rupture significative par rapport aux GPUs actuels en se débarrassant du modèle VLIW, qui repose sur l'exécution simultanée de plusieurs instructions indépendantes, au profit d'un fonctionnement scalaire du point de vue du programmeur. Le front-end, les processeurs de commandes et la structure des caches ont par ailleurs été entièrement revus pour proposer un mode compute plus performant et plus flexible ainsi que pour traiter efficacement le multitâche qui va devenir de plus en plus importants pour les GPUs.


Des Asynchronous Compute Engines (ACE) font ainsi leur apparition pour prendre en charge les tâches compute sans passer par la partie graphique. Cette dernière n'est cependant pas en reste puisque les unités de gestion de la géométrie et des pixels sont parallélisées, ce qui profitera à la tessellation. Contrairement à l'approche de Nvidia, la prise en charge de la géométrie n'est pas distribuée au niveau des blocs d'unités de calcul, mais reste découplée de celles-ci.


Les SIMDs actuels disparaissent au profit de Compute Units. Chaque CU dispose dorénavant d'une unité scalaire et de 4 petits SIMDs indépendants similaires à ceux des GPUs Nvidia. Grossièrement, un SIMD de Cayman peut exécuter une instruction vec4 sur 16 éléments à chaque cycle alors que chaque CU est capable d'exécuter 4 instructions sur 16 éléments issus de 4 groupes différents plus une instruction scalaire. La puissance de calcul d'une CU est donc similaire à celle d'un SIMD actuel mais devrait gagner nettement en efficacité.

AMD n'a pas voulu préciser quand cette architecture devrait être introduite et s'est contenté d'indiquer que le GPU de Trinity ne serait pas basé sur celle-ci mais bien sur l'architecture vec4 des Radeon HD 6900. Les bruits de couloir nous font cependant état d'une arrivée prévue dès cette année, voire même d'une démonstration du GPU qui l'inaugurera lors du keynote de clôture du Fusion Summit !

Il ne faudrait donc attendre que quelques mois pour voir ce qu'apportera en pratique cette nouvelle architecture prometteuse sur le papier. Si elle facilitera à terme l'optimisation du compilateur GPU, elle demandera cependant un effort important aux équipes chargées des pilotes compte tenu de la rupture avec les GPUs actuels. Concernant le coût de cette nouvelle architecture, AMD nous a indiqué qu'il n'était que légèrement plus élevé que celui des architectures actuelles, certaines parties étant plus complexe mais d'autres simplifiées. Elle ne devrait donc pas être un frein à l'augmentation du nombre d'unités de calcul.

Notez que cette architecture proposera plus de modularité qu'auparavant puisqu'en plus du nombre de CUs, AMD pourra faire varier le nombre d'ACEs, le nombre de pipelines dédiées à la géométrie ou aux pixels, la puissance de calcul en double précision (de 1/2 à 1/16)… De toute évidence, la première implémentation devrait être un GPU haut de gamme avec au moins 30 CUs, plusieurs ACEs et un calcul en double précision à demi-vitesse.

Voici donc les grandes lignes de cette future architecture, sur laquelle nous essaierons de revenir plus en détails après le Fusion Summit.

Nous avons publié quelques informations de plus dans une seconde actualité et voici tous les détails dévoilés par AMD sur cette architecture :












Ainsi que deux exemples de code généré pour l'architecture actuelle d'une part et pour cette nouvelle architecture d'autre part :

AMD profite de l'ouverture de son forum technologique pour annoncer dans les grandes lignes les objectifs concernant les produits Fusion à venir. Comme vous le savez probablement déjà, Llano sera remplacé en 2012 par Trinity, qui reposera sur des cores Bulldozer et sur un GPU plus costaud. Concernant celui-ci, AMD vient d'annoncer qu'il afficherait une puissance de calcul en hausse de plus de 50%, ce qui signifie qu'il intègrera probablement 640 unités de calcul contre 400 pour Llano.

Au Computex, AMD avait présenté un exemplaire de Trinity de manière à démontrer que cet APU existait déjà à l'état de prototype. La société va cette fois plus loin puisque nous avons pu avoir une démonstration d'une version mobile de Trinity, certes limitées à de la lecture vidéo, mais qui confirme que ce composant est déjà à l'état fonctionnel chez AMD.

Rick Bergmann, SVP et General Manager du Products Group d'AMD, termine en indiquant que l'objectif est de pouvoir proposer un APU avec une puissance de calcul de 10 Tflops à l'horizon 2020, ce qui correspond à la puissance de calcul d'un couple de 2 Radeon HD 6990, soit à 4 GPUs haut de gamme actuels !

Selon les résultats d'une étude que nous a présentés AMD, OpenCL est en train de gagner du terrain, notamment par rapport à C pour CUDA, l'API similaire mais propriétaire proposée par Nvidia depuis 2007. Plus récent, mais ouvert, OpenCL est prévu pour supporter tout type de processeurs, qu'ils soient CPU ou GPU, ce qui permet aux développeurs de s'assurer un support, même si peu performant, sur un maximum de systèmes.

Le sondage présenté à plus de 500 développeurs d'une part en Amérique du Nord et d'autre part en EMEA a fait ressortir une préférence pour OpenCL par rapport à CUDA. OpenMP d'une part et les outils Intel d'autre part conservent cependant la première place. Reste bien entendu à voir quand cette progression chez les développeurs portera ses fruits en pratique pour les utilisateurs…

Pour la première fois, AMD organise son propre forum technologique, centré autour des nouvelles possibilités offertes par les plateformes Fusion ainsi que, plus globalement, par OpenCL et la programmation hétérogène. Une première édition d'autant plus importante qu'elle coïncide avec le lancement de la version mobile de l'APU Llano.

La bonne exploitation des GPUs en dehors du rendu 3D temps réel des jeux vidéo est la clé du succès des APUs. Convaincre de nombreux développeurs de l'intérêt de la puissance de calcul des APUs, les former et obtenir leurs commentaires sur les évolutions ou outils dont ils ont besoin sont devenus des points essentiels pour AMD. Pour cela, la stratégie d'AMD consiste à inciter à l'utilisation d'OpenCL et à lui donner de la visibilité, notamment à travers l'AFDS, organisé à Bellevue, en plein territoire Microsoft.


Cet évènement, que nous couvrirons pour vous toute cette semaine, sera ainsi l'occasion de démontrer la progression d'OpenCL, de reparler du fond d'investissement Fusion, des nouveaux outils de développement, du concours de programmation OpenCL lancé en partenariat avec TopCoder, de lancer Llano et de dévoiler quelques détails sur la future architecture GPU qui devrait arriver cet automne.