Weltweit erster Open Source Grafikprozessor, MIAOW

MIAOW, weltweit erster Open Source Grafikprozessor jetzt für Benutzer verfügbar

Die Forscher der Vertical Research Group an der University of Wisconsin-Madison haben kürzlich auf der Hot Chips-Veranstaltung in Cupertino, Kalifornien, angekündigt, dass sie den ersten jemals entwickelten Open Source Grafikprozessor (GPGPU) entworfen haben. Er trägt den Titel Many-Core Integrated Accelerator Of The Waterdeep, abgekürzt MIAOW.

Der Prozessor MIAOW ist eine Implementierung der Widerstands-Transistor-Logik des Open Source Southern Islands-Befehlssatzarchitektur von AMD. Ein Whitepaper über das Gerät wurde von den Forschern veröffentlicht. Es dauerte 36 Monate, bis ein Kernteam von 12 visionären Entwicklern MIAOW entwickelt hat. Ihr Ziel war es einfach, einen funktionalen GPGPU zu schaffen, ohne spezifische Ziele in Bezug auf Fläche, Frequenz, Leistung oder Leistung zu setzen.

Es könnte sinnvoll sein zu denken, dass als Open Source-Projekt, sobald es weiterentwickelt wird, einige clevere Unternehmen entscheiden könnten, den Chip in die Serienproduktion zu bringen. Dies könnte auch zu ernsthaften IP-Verletzungsproblemen führen, die angegangen werden müssen. Da der gesamte Umfang des Projekts von einer abgespeckten Version der AMD ISA für seine eigenen GPUs abhängt, muss das Team entweder innerhalb der Einschränkungen von AMD arbeiten, um ein solches Projekt ständig voranzutreiben, oder der Aufwand, unabhängig davon, wie gut etabliert er im FPGA-Prototyping oder in echtem Silizium ist, könnte eine Reihe von Klagen sein, die darauf warten, dass sie eintreten.

Der Informatiker Karu Sankaralingham, der die Forschungsgruppe in Wisconsin leitet, erklärt, dass die Schaffung von MIAOW die jüngste in einer Reihe von Maßnahmen ist, die ergriffen wurden, um die Prozessorentwicklung im Einklang mit Moores Gesetz zu halten.

„Wir brauchen innovative neue Hardwaremodule, neue Arten von Prozessoren, neue Arten von Hardwarebeschleunigern und so weiter“, sagt er. Open Source-Hardware stellt einen vielversprechenden neuen Weg dar. „Ich stelle mir vor, dass Unternehmen in fünf, zehn Jahren Open-Source-Hardware nutzen werden, genau wie es bei Open-Source-Software der Fall war“, sagt Sankaralingham. „Zum Beispiel wurde Facebook hauptsächlich mit PHP erstellt. PHP ist vollständig Open Source. Es wäre schwer vorstellbar, dass Facebook gestartet wäre, wenn es PHP nicht gegeben hätte.“

Als AMD die Befehlssatzarchitektur eines seiner Grafikprozessoren zur Verfügung stellte, entschlossen sich Sankaralingham und sein Team, sich auf einen Grafikprozessor zu konzentrieren. Die CPUs werden zunehmend durch Grafikprozessoren ersetzt, um Hochleistungsrechnen und die Verarbeitung großer Datenmengen zu bewältigen.

„Wofür GPGPUs gut sind, ist die Nutzung der GPU-Architektur zur Bewältigung hochgradig rechenintensiver Probleme“, sagt Sankaralingham. „Ihre Architekturen haben zwei wichtige Eigenschaften: Sie bieten sehr hohe Leistung und sind sehr energieeffizient.“ Infolgedessen werden GPUs beispielsweise in Navigationssystemen, dem Internet der Dinge, fahrerlosen Autos und im Deep Learning eingesetzt. Der Forscher aus Wisconsin wies darauf hin, dass in all diesen Umgebungen ein großer Bedarf an sehr hoher Rechengeschwindigkeit bei niedrigem Energieverbrauch besteht.

Derzeit ist MIAOW streng ein akademisches Forschungsprojekt, da es nicht über die erforderliche Hilfslogik verfügt, um tatsächliche grafische Ausgaben zu erzeugen, und die Logik fehlt, um es mit einem bestimmten Speicher oder Systembus zu verbinden. „Eine Auswirkung, die es in meinem Bereich haben wird“, sagt Sankaralingham, „ist, dass akademische Forscher, die eine sehr grundlegende Hardwareimplementierung in ihrer Forschung haben, unsere Ideen übernehmen werden.“

Die Arbeit der Gruppe hat ein weiteres bedeutendes Ergebnis, dass sie „demonstriert hat, dass intelligente Teams bedeutende Hardwareteile bauen können, die mit hochwertigen Industrieprodukten konkurrieren können.“ Sankaralingham sagt, er betrachte die Forschung seiner Gruppe als Sprungbrett zur Entwicklung völlig neuartiger Designs, die nicht von bestehenden kommerziellen Produkten in der Industrie abhängen.

Die MIAOW-GPU ist im Grunde eine abgespeckte Version kommerzieller GPUs. Sie implementiert eine Teilmenge des AMD GPU-Befehlssatzes. Das aktuelle GPU-Design umfasst eine Host-CPU, die einen Kernel an den GPGPU zuweist, einen Speichercontroller und eine zwischengespeicherte Speicherhierarchie. Der resultierende GPGPU verwendet in seinem aktuellen Design nur 95 Anweisungen und 32 Recheneinheiten. Er unterstützt nur Einzelpräzisionsoperationen. Aber das Forschungsteam ist Berichten zufolge dabei, eine Grafikpipeline zum aktuellen GPU-Design hinzuzufügen, ein Prozess, der voraussichtlich etwa sechs Monate dauern wird.

Mit dem Fortschritt der Technologie könnte MIAOW sich als Meilenstein in der Computerhardwareindustrie erweisen.