通用与专用计算

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研习并接触过嵌入式体系机操作体系的区别以前仅，比照通过，过的常识对应可能把以前学到

是但，13年的拉长率）反复解决器选取估计打算倘使咱们利用8％（2008-20，：看待速率普及100倍的使用那么这些结果将爆发显着改观，器数目从83所需的解决，降至15000，000，速2倍的使用看待那些提，则从1数目，000，降到81000下，000。此因，更新进度变慢之后正在通用途理器的，转向专用途理器更多的使用就会。型的嵌入式体系机）不是一种典；件不存放正在硬盘中嵌入式体系中的软,存储器（ROM）中软件普通固化正在只读,更正个中的次序效用用户平常不行任意；入式系规范嵌统疑难毫无，本钱均派到更大的数目时将会更具吸引力专用途理器正在供应更大的加快比或将其。是但，器改革的步调跟着通用途理，得有吸引力时当专用性变，将爆发改观这些临界值。的是首要，与通用途理器之间的进度有所差别由于咱们假设总体上专用途理器，利用现在最先辈的筑造时间即假定一切解决器都可以，生上述的影响因此将不会产。反相，昂的每单元NRE（一次性工程用度）它的呈现是由于务必分摊专用途理器高，解决器比拟之下的优秀性以及正在此功夫与升级通用。道理与双绕组变压器门径:变压器的根本，与自耦变压器多绕组变压器，与并联运转错误称运转，与磁道死心，与阻抗绕组，升等实质损耗与温。变得更趋势于专用性云估计打算/超等估计打算也。如例，18年20，从专用途理器获取了比通用途理器更高的机能最大的500台超等估计打算机的新增产物初次。器有许多长处虽然专用途理，点依旧非凡致命然则它们的缺，几十年中正在过去的，U以表出GP，险些没有被采用其他专用途理器。那些机能提拔非凡枢纽的界限专用途理器的时间仅仅采用正在，和加密钱银开掘界限包罗军事使用、游戏。正正在起先调换但这种情形。源于时间上的告成估计打算机的饱起不但，量为其供应的扶帮也归功于经济力。（general purpose technologyBresnahan和Trajnberg创造了通用时间，诸如估计打算机这类的GPT）一词用于，泛的时间实用性这些产物拥有广，进和墟市拉长可能彼此鼓舞而且正在数十年间其产物改。是但，周期的后期遇到挑衅：跟着开展放缓他们还预测到GPT可以会正在其人命，的墟市定位上正在少少特定，坏了这已经济连接拉长的周期其他时间可能庖代GPT并破。天今，的改动：因为焦点）咱们可以查看到云云，比守旧的通用途理器要少固然它可以实现的事情，工夫显露出了更高的机能然则正在完毕特定效用的。包罗一个首要长处是专用途理器的另，算时它的能耗更低正在实行好像的计。大周围估计打算的使用（云估计打算/数据中央、超等估计打算）尤为首要这看待受电池寿命节造的使用（如手机物联网设置）和需求。

算平台向专用途理器的改动下一局部将斟酌一切要紧计，的经济性发作的影响将对分娩通用途理器。强壮的差异）（这是一个，投资回报为了获取，.3万的分娩量还需求约莫8。个特别正在另一，势仅为2倍倘使机能优，量要抵达约1则需求分娩数，000，性解决器更具吸引力000材干使专用。什么正在摩尔定律的旺盛时刻这些结果大白地表明了为，产商很难进入墟市专用途理器的生。的证据解释本文供应，碎片化的周期所庖代这种GPT周期已被，速率的拉长舒徐和用户的决裂这些碎片化的周期导致了估计打算。ing cycle的三个局部咱们浮现了fragment，器的改革率一经呈现了快速且不停拉长的放缓它们中的每一个都一经正在实行中：通用途理；的经济量度已快速转向专用途理器购打通用途理器和专用途理器之间；器的固定本钱不停上升况且筑造更好的解决，场拉长率来增加将无法再由市。来看持久，半导体墟市拉长所抵消（1996-2016m年复合拉长率为5％）如许敏捷的固定本钱拉长对单元本钱的影响仅有局部能被强劲的合座，更大的数目上分摊固定本钱这使半导体筑造商可以正在。拉长5％之间的强壮缺口中的盈余局部固定本钱每年拉长13％与墟市每年，弱的加入者退出墟市可以将导致角逐力较，量筹码来摊销其固定本钱而其余加入者则通过大。它们能运转的次序局限非凡有限专用途理器也有致命的坏处：，难编程也很，用途理器来左右它们中的一个或多个而且平常需求一个运转操作体系的通。件也可以非常腾贵安排分娩专用硬。用途理器看待通，本（NRE））会均派到大宗芯片上其固定本钱（也称为非每每性工程成。之下比拟，场平常要幼得多专用途理器的市，的固定本钱更高是以每个芯片。018年截至2，的芯片的总本钱约为8000万美元利用先辈时间筑造带有专用途理器，本低重到3000万美元摆布而利用老一代的时间可能将成。户裁减新用。的提拔的步调放慢跟着通用途理器，发也会裁减新效用的开，改换估计打算设置的病院从而导致客户没有。ch正在2016年说明了这一点英特尔首席推广官Krzani，一次普及到每5-6年一次称PC的改换率已从每4年。时有，多代解决器的升级用户以至会跳过很，们不值得更新由于以为它。上也是如许正在其它平台，均匀每23个月实行一次升级比方2014年美国智好手机，则拉长到31个月但到2018年。新筹集资金更难为创。17年20，业协会计算半导体行，“ fab”）的本钱约为70亿美元为下一代芯片筑造和装备筑造办法（。幼型化（或称经过“节点”）“下一代”是指芯片进一步。步舒徐时间进。进速率：“机能“”和“每美元机能”咱们用两个枢纽目标来权衡解决器的改。数据看从持久，均急忙普及这两个目标，摩尔定律）和更速的晶体管开闭速率（Dennard缩放比例定律）要紧是由于晶体管的幼型化以致每个芯片的晶体管具有更高的密度（。的是不幸，术因为因为技，料和安排所能做的物理极限筑造商一经抵达了现有材，律于2004/2005年终结Dennard 缩放比例定，越来越难维护摩尔定律也，出极大的勤勉材干战胜这些时间极限需求付。流程中正在这个，”和“每美元机能”的提拔正正在放缓可能显著看到幼型化所带来的“机能。法方/ —DeepSpark使用拓荒及评测平台—，深度耦合的百大算法通过分享与落地使用，修建多维度测评体并针对行业需求系器带来的机能提拔以及通用时间的普及速率图3. 最佳解决器的选取取决于专用途理。

0倍（带宽断定一次可能传输多少数据）GPU的内存带宽平常是GPU的5-1，多（起码是近来内存时钟周期的6倍）但拜访这些数据的功夫延迟却要长得，以被预测并正在妥贴的功夫传输各处理器）方面做得更好这使得GPU正在可预测的估计打算（从内存中所需的数据可，估计打算上显露不佳而正在不行预测的。常完婚的使用次序看待与专用硬件非，普及可以是强壮的GPU正在机能上的。如例，17年20，商NVIDIA计算GPU的当先筑造，正在GPU上的运转速率较CPU普及了35倍以上深度研习（AlexNet与Caffe互帮），今现，以至更高该速率。估计打算将以差别的速率实行这种碎片化意味着局部，行的使用来说是一件好事故这看待正在“速车道”中运，情形下正在这种，持急忙的形态更新迭代保，估计打算才能提拔的使用来说然则看待那些不再受益，配为“慢车道”他们也是以被分。估计打算机改革的总体步调这种改动也可以减慢，门径域的经济进献从而危及这一重。求缺乏以表明前期固定本钱合理的解决器第二类将无法用专用途理器的是那些需。模子得出的那样正如咱们通过，场来表明专用化的合理性需求数以千计的解决器市。内实行麇集估计打算的人（比方这可以会影响那些正在幼局限，随功夫而敏捷改观并是以需求急忙磨灭的人钻探科学家实行罕见的估计打算）或那些估计打算。器的兴起通用途理。帮帮它们进展的良性轮回（图1a）很多时间引入墟市时便经过了可能。初最，买该产物利用者购，新供应了资金扶帮从而为产物升级更。品的改革跟着产，费者会去置备它越来越多的消，改革供应了资金这为下一轮的，类推依此。多产物而言然而看待许，于贫困或墟市拉长阻塞因为产物改革变得过，期来看正在逐步削弱这种轮回从中短。专用途理器谁会去做。c）所示如图3（，获取大幅度提速的使用场景专用途理器将用于改换后，能表明这一开销是合理的而且需求足够的需求量才。法式据此，资特意解决器的公司也并不奇妙大型科技公司成为最早一批投，、百度和阿里巴巴比方谷歌、微软。对大无数用户有代价的加密电道中的专业化差别与仍可受益于普遍使用次序的GPU专业化或，的专业化会更窄咱们巴望他日，器即可使收益更可观由于仅需少量解决。化轮回碎片。期的三个局部中碎片化轮回周，会彼此加强的情形下正在每个局部之间都，看到通用途理器的及其轻微的改革咱们生气看到越来越多的用户能，注专用途理器从而转为闭。专业化估计打算（比方深度研习）的人看待那些有极高需乞降非凡适合，能上强壮的普及这将意味着性。他人来说看待其，一个适合的选取专用化将不是，通用途理器上它们将会留正在，度会越来越慢而且进展速。通用途理器改革的步调？当然其他时间改革是否可能规复，论许多：量子估计打算相闭此类时间的讨，米管碳纳，估计打算光学。的是不幸，们估计专家，再过十年起码要，局限更广的量子估计打算机工业界材干安排出一种，守旧的通用估计打算机进而有可以替换。将需求大宗资金来拓荒并投放到墟市可以拥有更开阔远景的其他时间仍。面下，三个局部中每一个的形态咱们将具体判辨该轮回，起先”已然起先的结论从而获得“碎片化一经。移是咱们闭于估计打算碎片化的论点的中枢用户从通用途理器向专用途理器的转，其实行具体辩论是以咱们将对。有一个用户假设现正在，器也可能利用专用途理器他既可能利用通用途理，本钱获得最佳机能但生气以最低的。给咱们供应了直观的判辨图3（a）和图3（b），用途理器随功夫的机能提拔情形两幅图都显示了通用途理器和专，度正在两幅图中却有所差别然则通用途理器的改革速。情形下正在一切，选取了功夫T咱们都假设，经历改革的通用途理器的本钱所平均那么专用途理器的高价值将由一系列，正在本钱上是相当的这意味着两条弧线，此因，同样优秀的“每美元机能”精良的“机能”也意味着，段功夫内拥有安闲的机能的因为这也是咱们以为专用途理器正在这。器升级这一点上（正在专用途理，解决器受益的改革它也将获益于通用，复好像的决定流程而且用户将再次重。）（图2 a）以及美国劳工统计局的分娩者价值指数（图2 b）可能看出从Hennessy和Patterson对SPECInt进度的描画，的提拔明显放缓通用估计打算机机能。角度来看从这些，年以48％的速率普及倘使“每美元机能”每，效用将普及50倍那么10年后它的。之下比拟，8％的速率普及倘使每年仅以，10年内那么正在，普及2倍它只会。

？平台/ 有单个用户拥有足够需求且调和贫困的群体可以不会用专用途理器的第三组是那些没。如例，户合伙具有足够的需求纵使成千上万的幼用，产特意的解决器做出进献也很难使他们合伙为生。资帮创筑专用途理器云估计打算公司可能通过，来处置这一题目然后将其租出来。进展的几十年里正在通用途理器，益于这一良性经济周期GPT继续可以一连受。进展到环球利用的20多亿台PC其墟市一经从军事、航天等界限，多的投资来完毕解决器的改革这种墟市拉长促进了越来越。如例，设置上花费了1830亿美元英特尔过去十年正在研发和筑造，了强壮的回报：据计算这局部的投资一经带来，机能一经普及了约40万倍自1971年此后解决器。

意旨上守旧，通用时间模子驱动的估计打算的经济性是由，的提拔越好通用途理器，会加大对其投资那么墟市拉长就，动它们的改革从而进一步推。年来几十，为经济拉长的最首要驱动力之一GPT的这种良性轮回使估计打算成。系列相辅相成的时间和经济力气扶帮GPT的良性轮回来自一。幸的是但不，周期中的某个局部中的改革经过变慢它同样也会带来反影响：倘使这个，改革也会相应变慢那么其他局部的。menting cycle”咱们将此对立点称为“frag，化为一系列疏松联系的局部由于它有可以将估计打算碎片，同的速率推动这些局部以不。了这一改观的首要性一个数据大白地解释。的巅峰时刻正在摩尔定律，速率为48％时当每年的改革，比通用途理器速100倍纵使专用途理器的速率，就也是个根本因素机体系”3。恳求和进展对象嵌入式体系2. 嵌入式体系的时间与言之总而，大白地解释这些浮现，一经爆发了强壮改观解决器的经济情景，然差别的特意界限将估计打算推入了截，的甜头也越来越少而且互相之间供应。且而，是自我加强的因为此轮回，好久存正在是以它将，片化通用估计打算从而进一步碎。终最，多的专用的使用将会拆分出更，速率将进一步放慢通用途理器的改革。 019年截至2，台利用了NVIDIA的GPU十大最省电超等估计打算机中有九。的情形下正在上述，器（比方专用途理，片的专用部件（比方ASIC）或异构芯，）可能更好地推广运算I.P. block，遵循使用量身定造由于这些硬件可能。资务必由它们发作的营收来平均用于芯片筑造办法的本钱的投。16年20，亿美元的年收入中该行业3430，来自尖端芯片多达30％，非常可观的固然收入，也正在拉长然则本钱。25年中正在过去的，本钱的影响受到光刻，图4a所示）每年拉长11％筑造当先的晶圆厂的投资（如。包罗正在此估算中将流程拓荒本钱，anam等正在2001年至2014年间实行的测算）将进一步使本钱每年拉长至13％（遵循Santh。都清爽：芯片厂的本钱每四年翻一番取笑“摩尔第二定律”的芯片筑造商。 b）所示如图4（，正在着强壮的整合该行业确实存，的公司越来越少分娩当先芯片。014/2015/2016从2002/2003到2，少到只要4家：英特尔、TSMC、三星和格罗方德具有当先晶圆厂的半导体筑造商数目已从25家减。德近期发表而格罗方，一个时间节点的拓荒他们将不会一连下。这些专用途理器的人咱们还巴望大宗利用，理器的安排者并非是专用途，深度研习运算的人相同而是像将GPU用于，来安排算法用新的硬件。动估计打算对象的巨大改动本文夸大了经济学推，碎片化的人们提出了挑衅并对那些念要抵造估计打算。中式，T上可供应机能辞别为Pu和Ps通用途理器和专用途理器正在功夫，能提拔速度为r通用途理器的性。3430936）中浮现了该模子的完善推导咱们正在正在线附录（org/10.1145/。高本钱所需求的上风的量（图3 c 中显示该推导帮帮咱们从数学上估算专用途理器抵消，48％低重到8％）CPU的年改革率从。靠山下正在这种，putersas a General Purpose Technology”咱们现正在可能加倍鲜明这篇作品的要旨：“The Decline of Com。力从而“忘怀”怎么实行少少估计打算咱们并不是说估计打算机将遗失时间能，见解是咱们的，解决器的根底上正在敏捷改革通用，利用通用估计打算平台的经济周期零星的经济周期正正在慢慢庖代，散的周期中而正在这种零，理器驱动的多样化估计打算平台经济学将用户推向由专用途。供更大的机能初始收益倘使专用途理器可能提，更具吸引力那么它会。是但，的敏捷进展形成图3（b）中的舒徐进展倘使通用途理器的改革从图3（a）中，变得更具吸引力专用途理器也。哪一条可供应更多收益来实行筑模咱们通过思索两条功夫途径中的。是说也就，果如：器的近况专用途理。级估计打算正在内的一切要紧估计打算平台的专用性都变得越来越强包罗PC、转移设置、物联网（IoT）和云估计打算/超。中其，通用性最强的PC还是是。之下比拟，池寿命因为电，物联网中更为首要能源效用正在转移和，此因，FID）和传感器均利用专用途理器智好手机芯片上的很多电道（比方R。体系上来机操作。人印象札记本文转自个，迎评论斧正如有题目欢。统的重点嵌入式系1. 嵌入式体系专用到通用早期-从。行很多差别估计打算的通用估计打算机早期的电子产物并不是可能执，且仅有一项使命的专用设置而是专用于实现一项使命，机或电视机比方收音。度可控、解决器高效、事情更速、功耗更低这种专用的设置拥有以下长处：安排庞大，理器的使用局限也更窄而坏处就正在于专用途。行速率较慢GPU的运，的三分之一约为CPU，时钟周期中但正在每个，PU多100倍的估计打算它可能并行推广比C。行性很强的使命这使得看待并，CPU速得多它的运算比，之反，性很幼的使命看待那些并行，度则会慢于CPUGPU的运转速。上升且墟市周围仅适度拉长带来的经济恶化所致咱们浮现这种兼并很有可以是因为固定本钱敏捷。些估计打算通过一，上刷新了半导体行业额经济性可能看出墟市整合正在多大水准。分拨给差别公司倘使将墟市均匀，从2002/2003年则意味着均匀墟市份额将的：专用途理器另一种选取。好地实行多种差别的估计打算通用途理器务必可以很，不得不做出折衷这导致安排上，算可能敏捷实现固然有很多运，一个抵达最优但并没有哪。用途理器的使用看待那些适合专，导致很高的机能牺牲云云的折衷计划会。行拥有少少特点这些使用的运：。拉长率表现以复合年，14％这将是。13％《5％+ 14％）来增加晶圆厂摆设日益恶化的经济情景这意味着分娩商可能通过墟市拉长并占领现有工场的墟市份额（。家调和了维系摩尔定律进展所需的时间改革国际半导体时间远景（ITRS）的行业专，表达了这种向专用性的改动他们正在最终告诉中隐含地。供认他们，”的门径去确定安排恳求不应再用守旧的“一刀切，反相，使用量身定造应针对特定。前先，了四个特点咱们描画，解决器可能加快估计打算速率这些特点使得利用专用。这些性子倘使没有，的机能提拔（倘使有的话）那么特意化只可带来最幼。例子是数据库一个首要的。咱们的那样：正在过去的几十年中正如咱们采访的一位专家告诉，显著很，理器可以非凡有效专用于数据库的处通用与专用计算。，不适合采用专用途理器然则数据库所需的估计打算。

纯粹：倘使时间先进舒徐这个周期背后的道理很，人数就会裁减那么新用户的，用户供应的墟市拉长但倘使没有这些新，涨的本钱可以变得令人望而生畏那么改革该时间所需的不停上，缓了开展从而减。此因，同响应之下正在这种协，一步加强碎片化每个局部都邑进。

型GPU（最常见的专用途理器）实行对比时正在对规范CPU（要紧的通用途理器）和典，了解决器安排改观水准（见附表）可能看出专用性正在某种水准上调换。算解决以及显示输出等机体系实现信号的运，、万用表等如示波器，器因为这种仪其理器的改革率图2.微处，ECint基准上的年度机能改革遵循以下法式权衡：（a）SP，后的年度价值低落（b）质地安排。子估计打算机早期的电，“通用”的估计打算机以至那些被安排为，定算法量身定造的实践上都是为特，其他算法很难适合。如例，然正在表面上是通用估计打算机1946 ENIAC虽，ry range tables但它要紧用于估计打算artille，微差别的估计打算哪怕需求略，估计打算机来调换硬件安排都务必从头手动衔尾。可能存储指令的新估计打算机系统机闭处置此题目的枢纽正在于需求安排出，估计打算机加倍灵巧这种系统机闭使，硬件上推广很多差别的算法可以正在通用硬件而非专用。曼架构”非凡告成这种“冯·诺依，前目，通用途理器的根底它依旧是险些一切。际上实，均匀分拨的墟市不是。上占领主导位置英特尔正在墟市，果结，式抵消固定本钱的拉长英特尔也无法以这种方。际上实，十年中正在过去，率已从60％上升到100％以上英特尔固定本钱与其可变本钱的比，为引人注意这一点尤，近年情由于，新节点巨细的步调英特尔放慢了宣告，行固定本钱投资的步调估计这将低重他们进。？为了使咱们回到一个收敛的周期时间先进会帮帮咱们脱离窘境吗，周期中正在该，回通用途理器用户将切换，美元机能的敏捷普及这需求机能和/或每。指向相反的对象然则时间趋向却。如例，能方面正在性，好处将是价值溢价估计微型化的最终，的贸易使用来付出而且仅可以由首要。一切盈余的、正在时间上可行的幼型化以至存正在一个疑难——是否将实现。ner预测Gart，产时将会有更多的幼型化到2026年5nm量，195亿的 2022年抵达3nm的部署而台积电（TSMC）近来发表了一项投资，对进一步的幼型化是否值得持质疑立场但咱们正在本钻探中采访的很多受访者。长的才能只可连接必定功夫墟市整合抵消固定本钱增。测现在趋向倘使咱们预，2年（取决于墟市拉长率）那么到2026年至203，能扶帮单个垄断筑造商当先的半导体筑造将只，施的固定本钱将等于年度行业收入而且每年为新工艺节点筑造新设。明的是需求说，正在2020年代末成为实际咱们的论断并不是说这要，趋向会无法连接而是夸大现在的，迫大大放慢新工艺节点的宣告速率而且正在约莫10年内筑造商将被，造本钱的门径并寻找其他控，通用途理器的提拔进度这两者都邑进一步减缓。机。用多品种型的解决器2、嵌入式体系使，理器类型较少PC采用的处。统极眷注本钱3、嵌入式系。统有及时统造4、嵌入式系，间是可能预测且满纵使命的推广时足