AMD ファイアストリーム

AMD FireStreamは、スーパーコンピューターでのストリーム処理やGPGPUをターゲットとしたAMDのRadeonベースの製品ラインのブランド名です。もともとは2006年にATI Technologiesによって Radeon X1900 XTXを中心に開発されたこの製品ラインは、以前はATI FireSTREAMとAMD Stream Processorの両方のブランド名でした。^{[1] AMD FireStreamは、}Torrenzaイニシアチブの一部であるCPU計算のオフロード用の浮動小数点コプロセッサとしても使用できます。FireStreamラインは、GPGPUワークロードがAMD FireProラインに完全に統合された2012年以降は製造が中止されています。

概要

FireStreamラインは、2006年から2010年にかけてリリースされたアドオン拡張カードのシリーズで、標準のRadeon GPUに基づいていますが、 3Dグラフィックスのレンダリングや出力ではなく、汎用コプロセッサとして機能するように設計されています。FireGL / FireProラインと同様に、より多くのメモリとメモリ帯域幅が割り当てられていますが、FireStreamカードには必ずしもビデオ出力ポートがあるわけではありません。すべてが32ビット単精度浮動小数点をサポートし、最初のリリースを除いてすべてが64ビット倍精度をサポートしています。このラインは、既存のOpenGLおよびDirect3DシェーダAPIが提供できるよりも高いパフォーマンスを提供するために、 Close to Metalから始まり、 OpenCLとStream Computing SDKが続き、最終的にAPP SDKに統合された新しいAPIと提携しました。

高度に並列化された浮動小数点演算ワークロードの場合、カードは大規模な計算を10倍以上高速化できます。GPGPUの最も初期のユーザーであり、最も有名なユーザーの1つであるFolding@Homeは、CPUパフォーマンスを20〜40倍に向上させました。^[2]各ピクセルシェーダーと頂点シェーダー、または後期モデルの統合シェーダーは、任意の浮動小数点計算を実行できます。

歴史

プログラム可能なシェーダーを備えたRadeon R520およびGeForce G70 GPU コアのリリース後、その大きな浮動小数点スループットが学術団体や商業団体の注目を集め、非グラフィックス作業への使用が実験されました。この関心を受けて、ATI (およびNvidia ) は、従来 CPUや特殊な浮動小数点演算コプロセッサーで行われていた重い計算を処理するために、汎用の数式を超並列で計算できる GPGPU 製品を開発しました。GPGPU は、当時のマルチソケット CPU のみの計算と比較して、10 倍以上のパフォーマンス向上が即座に得られると予測されていました。

高性能 X1900 XFX の開発がほぼ完了したため、ATI はこれを基にして最初のストリームプロセッサの設計を行い、SIGGRAPH 2006 で新しいClose to Metal APIとともに、次期ATI FireSTREAMとして発表しました。 ^[3]コア自体は、FireGL V7350と同様にオンボードメモリと帯域幅が 2 倍になったことを除いてほとんど変更されていません。新しいドライバとソフトウェアサポートが、その違いの大部分を補っています。Folding @home は、ATI Catalyst ドライバのバージョン 6.5 のプレリリースを使用して、一般的な計算に X1900 を使い始め、CPU よりも GPU が 20 ～ 40 倍向上したと報告しています。^[2]最初の製品は 2006 年後半にリリースされ、AMD との合併後にAMD Stream Processorとしてブランド名が変更されました。 ^[4]

2007年、新しい統合シェーダーと倍精度サポートを備えたRV650チップをベースにした第2世代のストリームプロセッサで、ブランドはAMD FireStreamになりました。 ^[5]非同期DMAは、CPUの助けを借りずにより大きなメモリプールを可能にすることでパフォーマンスも向上しました。9170という1つのモデルがリリースされ、初期価格は1999ドルでした。計画には、 2008年までにラップトップコンピューティング用のMXMモジュール上のストリームプロセッサを開発することが含まれていましたが、^[6]リリースされることはありませんでした。

2008年には、RV770コアの劇的な性能向上を伴った第3世代がすぐに登場しました。9250は9170のほぼ2倍の性能を持ち、価格が1000ドル以下に下がったにもかかわらず、初のシングルチップテラフロップスプロセッサとなりました。^[7]その後すぐに、より高速な兄弟機である9270が1999ドルで発売されました。

2010年にFireStreamの最終世代である9350と9370カードが登場しました。これらはHD 5800に搭載されていたCypressチップをベースにしたものです。この世代では、9350では2テラフロップス、9370では2.6テラフロップスと、以前の世代に比べてパフォーマンスがさらに2倍になり、^[8]OpenCL用にゼロから構築された最初の世代でした。この世代は、完全にパッシブな冷却を備えた唯一の世代でもあり、アクティブ冷却は利用できませんでした。

Northern Islands世代とSouthern Islands世代はスキップされ、2012年にAMDは新しいGraphics Core Nextアーキテクチャに基づく新しいFirePro W（ワークステーション）とS（サーバー）シリーズがFireStreamカードに取って代わることを発表しました。^[9]

モデル

FireStream 9170にはDirect3D 10.1、OpenGL 3.3、APP Streamが含まれています
FireStream 92x0にはDirect3D 10.1、OpenGL 3.3、OpenCL 1.0が含まれています
FireStream 93x0には、最新のドライバーアップデートを含むDirect3D 11、OpenGL 4.3、OpenCL 1.2が含まれています。

^高精度パフォーマンスは、 FMA操作に基づいてベース (またはブースト) コアクロック速度から計算されます。

ソフトウェア

AMD FireStreamは、幅広いソフトウェアプラットフォームのサポートとともに発売されました。サポート企業の1つはPeakStream（2007年6月にGoogleが買収）で、CTMとAMD FireStream、 x86とCell （Cell Broadband Engine）プロセッサをサポートするソフトウェアのオープンベータ版を最初に提供しました。FireStreamは、PeakStreamのソフトウェアを実行した後、一般的なアプリケーションで通常のCPUよりも20倍高速であると主張されました^[^{引用が必要}^]。RapidMindは、ATIとNVIDIA、Cellプロセッサで動作するストリーム処理ソフトウェアも提供しました。^[19]

ソフトウェア開発キット

AMD は、短命に終わったClose to Metal API を放棄した後、 OpenCLに注力しました。AMD は、2007 年 12 月に AMD EULAに基づいて、 Windows XPで実行するためのStream Computing SDK (v1.0) を初めてリリースしました。^[19] SDK には、スタンフォード大学で開発されたBrook言語の AMD ハードウェア最適化バージョンである「Brook+」が含まれています。Brook 言語自体は ANSI C ( C 言語)のバリエーションであり、オープンソースでストリームコンピューティング用に最適化されています。ビデオトランスコーディングアクセラレーション用の AMD FireStream および COBRA ビデオライブラリ (さらに「Accelerated Video Transcoding」または AVT に改名) 向けに最適化された AMD Core Math Library (ACML)とAMD Performance Library (APL) も含まれます。SDK のもう 1 つの重要な部分である Compute Abstraction Layer (CAL) は、さまざまな高水準プログラミング言語で記述されたパフォーマンスチューニングソフトウェア用に、CTM ハードウェアインターフェイスを介して GPU アーキテクチャに低レベルアクセスすることを目的としたソフトウェア開発レイヤーです。

2011年8月、AMDはATI APPソフトウェア開発キットのバージョン2.5をリリースしました。^[19]これには、 Khronos Groupが開発した並列コンピューティング言語であるOpenCL 1.1のサポートが含まれています。Microsoftの次世代APIであるDirectX 11の計算シェーダーの概念（正式にはDirectComputeと呼ばれます）は、DirectX 11をサポートするグラフィックスドライバーにすでに組み込まれています。

AMD アプリ SDK

ベンチマーク

AMDが実証したシステム^[20]によると、2つのデュアルコアAMD Opteronプロセッサと2つのRadeon R600 GPUコアを搭載し、Microsoft Windows XP Professional上で動作しており、汎用積和演算（MADD）で1 テラフロップス（TFLOP）を達成できる。比較すると、当時のIntel Core 2 Quad Q9650 3.0GHzプロセッサは48GFLOPSを達成できた。^[21]

2007年に行われたAMDストリームプロセッサ向けに最適化されたKaspersky SafeStreamウイルス対策スキャンのデモでは、R670ベースのアクセラレーションにより、Opteronのみで実行した検索よりも21倍高速にスキャンすることができました。^[22]

制限事項

Brook+ではすべての関数呼び出しがコンパイル時にインライン化されるため、再帰関数はサポートされていません。CALを使用すると、関数（再帰的またはそうでないもの）は32レベルまでサポートされます。^[23]
バイリニアテクスチャフィルタリングのみがサポートされており、ミップマップテクスチャと異方性フィルタリングはサポートされていません。
関数は可変数の引数を持つことができません。再帰関数でも同じ問題が発生します。
GPU での浮動小数点数から整数への変換は、x86 CPU とは異なる方法で行われ、IEEE-754に完全に準拠しているわけではありません。
GPU で「グローバル同期」を実行するのはあまり効率的ではなく、GPU はカーネルを分割してCPUで同期を実行する必要があります。マルチプロセッサの数やその他の要因が可変であることを考えると、この問題に対する完璧な解決策はないかもしれません。
CPU と GPU 間のバス帯域幅とレイテンシがボトルネックになる可能性があります。

参照

ストリーム処理
ROCm
異機種混在システムアーキテクチャ
NVIDIA Tesla同様のソリューションをNVIDIAが提供
Intel Xeon Phiの類似ソリューション (Intel 製)
オープンコンピューティング言語（OpenCL） – 業界標準
コンピューティング統合デバイスアーキテクチャ ( CUDA ) - 独自の Nvidia 専用ソリューション
AMD グラフィックスプロセッシングユニットの一覧

参考文献

^ AMD プレスリリース
^ ab Gasior, Geoff (2006 年 10 月 16 日)。「GPU 上の Folding@home の詳細」。The Tech Report。2016年 5 月 26 日閲覧。
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^ 「AMD FireStream 9270 仕様」。TechPowerUp。
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^ AMD 中級言語リファレンスガイド、2008 年 8 月

外部リンク

ATI ストリームテクノロジー FAQ 2010-12-30 にWayback Machineでアーカイブされました
ATI Stream で公開された論文とプレゼンテーション
ATI ストリーム SDK
分散コンピューティングに関する AnandTech の記事
AMD 中間言語リファレンスガイド (CAL) v2.0 2009 年 2 月

[FLOPS-10] ^高精度パフォーマンスは、 FMA操作に基づいてベース (またはブースト) コアクロック速度から計算されます。

[1] AMD プレスリリース

[fath-2] Gasior, Geoff (2006 年 10 月 16 日)。「GPU 上の Folding@home の詳細」。The Tech Report。2016年 5 月 26 日閲覧。

[3] ATI SIGGRAPH 2006 プレゼンテーション(PDF) (レポート). ATI Technologies. 2016-12-21 のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2016-05-26に取得。

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[11] “Beyond3D - ATI R580: Radeon X1900 XTX & Crossfire”. 3D を超えて。

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[21] HardOCP レポート Archived 2016-03-04 at the Wayback Machine、2007 年 7 月 17 日取得

[22] インテルマイクロプロセッサの輸出コンプライアンス指標

[23] Valich, Theo (2007 年 9 月 12 日). 「GPGPU がウイルス対策ソフトウェアを大幅に高速化」. The Inquirer . 2009 年 9 月 23 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016 年 5 月 26 日閲覧。{{cite news}}: CS1 メンテナンス: 不適切 URL (リンク)

[24] AMD 中級言語リファレンスガイド、2008 年 8 月