Miaow: Offene GPGPU-Architektur vorgestellt

Ein US-Forscherteam hat auf der Konferenz Hot Chips die Grundlagen für eine komplett offene GPU vorgestellt. Das Miaow genannte Design basiert auf einem Befehlssatz von AMD und läuft auf einem FPGA. Für eine volle Grafikeinheit fehlt aber noch einiges.

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Schema der Recheneinheiten von Miaow
Schema der Recheneinheiten von Miaow (Bild: Miaow)

In drei Jahren Arbeit ist es einem Team aus Studenten und Dozenten der Universität Wisconsin-Madison gelungen, eine freie GPGPU-Architektur zu erstellen, die sie auf der Konferenz Hot Chips vorgestellt haben. Wie die EETimes berichtet, beschäftigte sich die Gruppe mit dem Design von Prozessoren, als AMD die Dokumentation zum Befehlssatz der Southern Island GPUs (SI) veröffentlicht hat.

  • Schema der Recheneinheit von Miaow (Bild: Miaow)
  • Architektur-Übersicht der GPGU (Bild: Miaow)
  • Design der Recheneinheiten (Bild: Miaow)
  • Theoretisch mögliche Anbindungen an Cache und Speichercontroller (Bild: Miaow)
Schema der Recheneinheit von Miaow (Bild: Miaow)
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Das sei der Ausgangspunkt für die Arbeiten an der eigenen GPU gewesen. Das Projekt trägt die Bezeichnung Miaow, gesprochen Miau, was als Abkürzung für Many-core Integrated Accelerator of Wisconsin steht. Spezifische Ziele habe es für Miaow nicht gegeben, es sollte lediglich eine funktionale GPGPU erstellt werden, ohne auf die Frequenzen, Ströme oder gar die Leistung zu achten.

Noch keine vollwertige Grafikeinheit

Bisher lag der Fokus des Projekts auf der Erstellung der Recheneinheiten sowie deren Speicheranbindung und Verwendung. Für das darauf aufbauende aktuelle Design werden 32 der Recheneinheiten verbunden und 95 der über 400 Befehle der SI-Chips genutzt. Damit lasse sich bereits OpenCL-Code ausführen. In einigen Benchmarks sei das Ergebnis gar zufriedenstellend nah an der Leistung moderner Grafikchips. Noch werden aber nur Berechnungen mit einfacher Genauigkeit unterstützt.

Erfolgreich getestet und implementiert wird Miaow derzeit in einem simulierten FPGA, ebenso läuft Miaow auf verfügbarer FPGA-Hardware von Xilinx. Für eine tatsächliche Grafikeinheit reicht all das aber noch nicht. Immerhin sind dafür deutlich mehr Befehle etwa für Texturen notwendig. Außerdem wird dazu noch die periphere Logik benötigt, um Grafikausgaben zu generieren oder die Nutzung eines BUS-System und bestimmter Speicherschnittstellen zu ermöglichen. An der Verarbeitung für Grafiken sollen die Studenten der Universität als Nächstes arbeiten, wofür mindestens sechs Monate Arbeit vorgesehen sind.

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Die Dokumentation zu Miaow und die in Verilog verfasste Beschreibung der tatsächlichen Hardware steht auf Github unter einer BSD-Lizenz zur Verfügung. Dort findet sich eine wissenschaftliche Beschreibung des Projekts (PDF).

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