多內(nèi)核性能可使用加速性進(jìn)行測(cè)量，加速性的定義是用單內(nèi)核串行執(zhí)行時(shí)間除以多內(nèi)核執(zhí)行時(shí)間。在理想條件下，8 內(nèi)核系統(tǒng)的加速性等于 8。但在實(shí)際中，由于多內(nèi)核總線判優(yōu)、存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)延、高速緩存一致性管理、同步以及 IPC 等多內(nèi)核開(kāi)銷的影響，典型加速性與理想條件相距甚遠(yuǎn)。Navigator Runtime 消耗的開(kāi)銷極少，以盡量接近理想加速性，實(shí)現(xiàn)多內(nèi)核性能的最大化。

　　以 LTE 上行鏈路物理層處理為例，串行代碼可細(xì)分為 1,024 個(gè)工作任務(wù)用于實(shí)現(xiàn)天線數(shù)據(jù)處理、通道估算以及均衡等。平均每個(gè)工作任務(wù)有 4K 輸入數(shù)據(jù)及 2K 輸出數(shù)據(jù)駐留在共享存儲(chǔ)器中。Navigator Runtime 將用于調(diào)度這些工作任務(wù)并分配給 8 個(gè)不同的內(nèi)核，故加速性的計(jì)算如下：

　　8 內(nèi)核加速性 = 采用本地 L2 存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)單內(nèi)核串行執(zhí)行代碼的時(shí)間 ÷ 采用共享 DDR3 存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù) 8 內(nèi)核并行執(zhí)行的時(shí)間

　　在并行 8 內(nèi)核執(zhí)行示例中，在處理前可分配多個(gè)導(dǎo)航器數(shù)據(jù)包 DMA 通道將 DDR3 中的數(shù)據(jù)預(yù)加載到本地 L2 存儲(chǔ)器中，并在處理后將數(shù)據(jù)從 L2 返回至 DDR3，就像為降低存儲(chǔ)器訪問(wèn)時(shí)延的 CPU 高速緩存運(yùn)行一樣。結(jié)果所測(cè)得的 KeyStone 器件的加速性為：在 3.2 萬(wàn)個(gè)周期的工作任務(wù)中，從 8 內(nèi)核 KeyStone 器件中測(cè)得的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn) 7.8 的加速性，而在 1.6 萬(wàn)個(gè)周期的工作任務(wù)中，其則可實(shí)現(xiàn) 7.7 的加速性，非常接近理想的 8 加速性。與 KeyStone I 相比，KeyStone II 中的導(dǎo)航器已得到了明顯的改進(jìn)：4倍uRISC 引擎數(shù)量可實(shí)現(xiàn)更多的調(diào)度資源，而數(shù)據(jù)包 DMA 通道、硬件隊(duì)列以及描述符數(shù)量翻番，則可提高執(zhí)行吞吐量。

　　圖 4 為 KeyStone Navigator Runtime 在各種工作任務(wù)量情況下，2 至 8 內(nèi)核的實(shí)際加速性與理想加速性的比較。

　　圖 4：采用 Navigator Runtime 實(shí)現(xiàn)的多內(nèi)核加速性

　　此外，TI KeyStone II 架構(gòu)還可為所有異構(gòu)內(nèi)核提供 6MB 的片上共享存儲(chǔ)器(MSMC 存儲(chǔ)器)容量。MSMC 的存儲(chǔ)器訪問(wèn)性能非常接近 L2 存儲(chǔ)器訪問(wèn)性能。當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 MSMC 中時(shí)，無(wú)需使用導(dǎo)航器預(yù)加載和后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，便可實(shí)現(xiàn)與上面情況類似的加速性。與其它可選解決方案相比，大型片上共享存儲(chǔ)器可利用低系統(tǒng)時(shí)延為多內(nèi)核性能帶來(lái)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

　　Navigator Runtime 不但可支持各種系統(tǒng)應(yīng)用，而且還能夠與 OpenMp 等高級(jí)多內(nèi)核編程范式集成。

　　OpenMP 是一款支持多平臺(tái)共享存儲(chǔ)器多處理編程的應(yīng)用編程接口 (API)，由編輯器指令、運(yùn)行時(shí)庫(kù)程序以及環(huán)境變量構(gòu)成。在 OpenMP 中，用戶可使用語(yǔ)言指令(例如編譯器指令)來(lái)識(shí)別其軟件中的并行性，也可使用工具幫助識(shí)別。使用兼容 OpenMP 的編譯器可讀取編譯指令，其可將編譯指令所注釋的串行代碼轉(zhuǎn)換成并行代碼，并在 OpenMP 運(yùn)行時(shí)中插入調(diào)用。對(duì)在特定器件上運(yùn)行的應(yīng)用而言，多內(nèi)核編程方法的運(yùn)行時(shí)時(shí)延及開(kāi)銷性能將會(huì)限制可實(shí)現(xiàn)的并行性。更低的時(shí)延與開(kāi)銷可在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)并行化創(chuàng)造更好的條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高的多內(nèi)核效率。

　　開(kāi)始已經(jīng)為共享存儲(chǔ)器架構(gòu)指定了 OpenMP。我們現(xiàn)在討論分布式存儲(chǔ)器及異構(gòu)處理器架構(gòu)支持。TI Navigator Runtime 可用作 OpenMP 的運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)。多內(nèi)核同步與 IPC 可使用導(dǎo)航器中的數(shù)據(jù)包 DMA 引擎有效處理。前面的基準(zhǔn)顯示，將 Navigator Runtime 用作 OpenMP 運(yùn)行時(shí)不但可顯著降低編譯器指令的構(gòu)建開(kāi)銷，而且還可顯著提升多內(nèi)核系統(tǒng)內(nèi)的并行性，讓編程人員專注于識(shí)別并行任務(wù)。調(diào)度及負(fù)載均衡由 Navigator Runtime 自動(dòng)管理，不但可簡(jiǎn)化編程，而且還可最大限度地提高多內(nèi)核效率。

　　下頁(yè)圖 5 顯示的是使用 Navigator Runtime 與 OpenMP 的 KeyStone AMP 編程流程。隨同 Code Composer Studio? 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境提供的 Code Gen Tool 7.4 版是一款立即可用于 OpenMP 的編譯器。該編程流程具有通用性，不但可用于各種多內(nèi)核應(yīng)用，而且還可通過(guò)擴(kuò)展支持各種不同內(nèi)核及系統(tǒng)規(guī)模。其目的是以單內(nèi)核編程的便捷性實(shí)現(xiàn)多內(nèi)核的高性能。

　　圖 5：使用 Navigator Runtime 的 KeyStone AMP 編程流程

　　結(jié)論

　　多內(nèi)核導(dǎo)航器是一款面向 KeyStone 器件的創(chuàng)新型智能芯片基礎(chǔ)設(shè)施，可推動(dòng)多內(nèi)核編程的發(fā)展。多內(nèi)核導(dǎo)航器與 Navigator Runtime 可為每個(gè)硬件組件帶來(lái)抽象性，通過(guò)資源管理、調(diào)度以及動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡功能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)虛擬化，從而可最大限度地提高多內(nèi)核效率，以更低的系統(tǒng)成本實(shí)現(xiàn)更高的硬件利用率。將 Navigator Runtime 與 OpenMP 等高級(jí)多內(nèi)核編程模式相結(jié)合，可簡(jiǎn)化 AMP 多內(nèi)核軟件設(shè)計(jì)，提高多內(nèi)核程序的可擴(kuò)展性與靈活性，并能夠以更低的成本快速部署新技術(shù)。