异构加速在加速什么

    

目前市面上的加速芯片挺多的，比如GPU、FPGA、TPU，以及针对各种特殊应用所开发的加速芯片。自己一直想理清楚这些加速芯片到底在加速什么，一直没有确切答案。一般宽泛的说法是CPU处理效率较低的，我们就进行加速，但个人觉得应该有些更本质的东西。以下是最近个人的一些感悟。

       加速其实都是针对CPU而言，而CPU中一般最消耗资源的部分可以认为是循环计算，因此加速是针对这些循环部分做加速。我们大的可以分为IO的加速以及计算部分的加速。

       计算加速，以下是一些例子：

1） 比如图像与视频这种针对像素的处理，每个像素块处理的基本步骤都是一致的，但像素的数量巨大因此是一种循环的加速。

2） 神经网络元运算的加速，无论是推理还是训练，其实针对每个神经元的运算也是重复的乘加运算。

3） 查表算法以及各种匹配算法，这块虽然可以看作循环运算，但在循环体内部其实反而是比较复杂的，因此加速时设计的硬件结构反而是比较复杂的。

IO加速：

最简单的可以看网卡芯片，因为报文是重复来的，并且处理的步骤也差不多，大体上也是可以看作循环处理，只是循环的内部的处理步骤比较多而已。

从上面分析可知，异构加速时，实际上是设计一种高效的硬件处理结构，这种处理结构可以针对不同的循环进行加速，因此循环体不同，要设计的硬件结构也不同，就不存在某种通用的硬件加速器了。除了这个处理循环的加速单元，加速芯片还应该加上必要的控制电路以及与主芯片的互联电路。

要将这些异构加速器连接在一起，就需要设计一种高效的互联结构。这个互联结构需要低延迟高吞吐，以及在这之上设计的异构芯片逻辑交互流程，这个目前一般可以认为是DMA。之前我们对DMA的认识一般限制在降低CPU利用率上，但其实他有一个更重要的作用，就是提供异构芯片之间高效的互联机制，因此针对不同的场景这个DMA的要求是不一样的。这个留待下周总结吧，一周总结一点点，没那么累哈。