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[转载]多线程技术在后45nm时代遭遇挑战

智者不锐，慧者不傲。

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0楼发表于: 2008-08-13 05:04:12

EDA供应商试图通过在工具中增加多线程功能来应对多内核IC设计挑战。但是，业内人士在最近于美国加州阿纳海姆举行的设计自动化会议(DAC)上提出了一个尖锐的问题：多线程技术真的是高效发挥多内核系统性能的最佳方法吗？

“线程是死的。”Gary Smith EDA公司创始人兼首席分析师Gary Smith断言，“它只是一个短期解决方案，无法解决长期性问题。”

在45nm节点，越来越多的设计达到并超过1亿门的规模。这些设计超出了目前IC CAD工具的能力，迫使EDA供应商去开发具有并行处理功能的产品。

直到现在，并行处理功能还一直依赖于线程技术。然而，线程技术在4个处理器的情况下就达到了它的极限，因此EDA供应商必须拿出新的方法来解决45nm设计所面临的问题。

“线程只能给你两到三年的缓冲时间。”Smith表示，“基于库或模型的并发技术是最好的中期方法。”

即便如此，参加DAC的EDA供应商们还是为我们描绘了一幅较为细致的未来多线程技术图。

“我们在时序分析领域还没有看到多线程技术的极限。”EDA新创企业Extreme DA公司营销顾问Graham Bell表示，“我们发现3或4个处理线程还具有良好的扩展性。虽然在超过4个线程时会遇到困难，但问题不大。”

借助其多线程静态和统计时序分析器GoldTime，Extreme DA公司开始应用一种基于ThreadWave(一种网表分割算法)的细颗粒多线程技术。“由于采用了独立的架构，因此这种方法的存储器占位面积非常小。”Bell指出，“我们不认为多线程技术已经到了末路。”

对于采用细颗粒并行设计的应用来说，多线程是充分发挥多内核性能的最常用方法之一，法国模拟与验证工程(EVE)公司CEO Luc Burgun表示。“另一方面，基于多线程的程序也可能很难调试。”他介绍，“这是因为它们打破了软件固有的顺序执行特性，很容易导致不确定的行为并产生大量问题。”

据Burgun介绍，多进程(multiprocess)仍是最方便最安全的多内核开发方式。他希望由业内的并行计算专家牵头组成一些兴趣小组来推进多内核编程。“从这个角度来看，Cuda(Nvidia开发的统一计算设备架构)似乎很有前途。”Burgun表示。

Imperas有限公司总裁兼CEO Simon Davidmann表达了同样的信息。“多线程并不是开发多内核资源的最佳方式。”他表示，“但在某些场合它的表现还算不错，当然在仿真领域多线程有很多问题。”

多线程并不是Synopsys的唯一手段，该公司产品平台营销高级总监Steve Smith表示。“每种工具都有不同的算法。在观察每种工具时，我们会剖析产品以便了解多线程的最大作用。”他指出，“多线程并不是总管用。如果不管用，我们就要做分割。”

Smith认为，随着行业向8个或16个内核转移，芯片制造商需要一种混合方法。他建议联合运用多线程和分割法。

为了说明他的观点，Smith引用了Synopsys在多线程方面的大量多内核解决方案，著名的要数该公司的HSpice电路仿真器了。“HSpice已被我们的用户广泛使用。用户并不想从头开始学习使用某种工具，Hspice就是典型。”

Smith特别指出，HSpice多线程产品是分阶段推出的。“去年我们推出的是模型评估多线程部件，它具有很好的加速功能。随后在今年3月，我们推出了HSpice多线程矩阵解算器。我们希望确保用户不受影响，因此决定逐步发展多线程技术。”他表示。

Synopsys正在研究的另一个趋势是管线(pipelining)技术，Smith继续道。这种技术是一种企业级的活动，因为它要求涉及IT的各个方面。这种技术将把多个任务(如光学邻近校正和掩膜数据准备)压缩到单个管线中。

去年Magma设计自动化公司公布了多线程技术的替代方案，该公司在其Quartz-DRC设计规则检查器中使用了一种基于流数据流程的架构。与Magma的数据流程架构相比，多线程只能提供较大颗粒的并行处理功能，Magma公司产品工程高级总监Thomas Kutzschebauch表示。

Magma的多内核策略专注于大规模并行处理，Magma公司副总裁兼定制设计业务部门总经理Anirudh Devgan在关于用“很多核("manycore)”处理器彻底改造EDA工具的DAC小组讨论会上透露。

“4个CPU盒子只是趋势的开始，EDA软件必须在大型CPU(超过32个内核)上运行。”他指出，“并行机制提供了重新定义EDA产能和价值的机会。但仅靠并行机制是不够的，因为并行执行一个低效算法是对硬件的浪费。”

Devgan的意见是工具必须具备高产能、集成化和大规模并行处理能力。

寻找C以外的语言

当Devgan揭秘“DAC趋势和热点”时，分析师Gary Smith却对将C语言作为多内核编程的最终语言表示怀疑。他将新嵌入式软件语言的确认是今年业内面临的十大问题之一作为例证，并认为并发语言必须要等于2015年才有可能成熟。

包括Magma的Kutzschebauch、Extreme DA的Bell、Synopsys的Smith等诸位EDA行业的执行官们，对此都没有异义。“语言会随着时间的推移而改变。”Synopsys公司副总裁兼解决方案部总经理Joachim Kunkel表示，“我们会看到新语言的推出，不过这需要时间，而且这不仅是教育方面的问题。”

与此同时，在软件方面，改写传统代码是个大问题，为多内核平台编写新代码同样困难。尽管如此，Imperas公司的Davidmann坚持认为：“最大的挑战不是编写、修改或移植代码，而是验证代码是否能正确执行。并在代码不能正常执行时指出该如何修复。并行处理使失败的概率呈指数式上升。”

Davidmann指出，传统上，软件开发人员采用的是顺序性思维方式，现在这种思维方式必须要改变。芯片设计人员编写并行HDL代码已经有20年时间了，因此这是可行的，虽然需要付出更多努力，并需要新的工具来帮助软件开发人员完成这项任务。

在采用单处理器平台和串行代码时，功能验证意味着直接针对特定功能运行实时数据和测试，Davidmann表示：“调试是作为GNU项目调试器内的单个窗口进行的。”

“但在采用并行处理时，运行数据和针对性测试来减少缺陷不能提供足够的代码覆盖率。”他指出，“需要新的调试、验证和分析工具来高效地产生软件代码。”

据Davidmann透露，Imperas公司将要发布用于不同多内核平台的嵌入式软件验证、调试和分析产品。“这些工具可以帮助软件开发人 ..

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