今日のSoCは、CPU、GPU、DSP、FPGA、ファブリック、固定機能アクセラレータといった複数のコンポーネントが複雑に融合したものであり、様々なオープンIPブロックと独自IPブロック（ロジック、セル、チップレイアウト設計の再利用可能なユニット）を単一の環境に統合しています。これらの独自のコンポーネントを1つの合理的なSoCに統合するには、複数の（かつ異なる）ツールチェーン、プロファイリング手法、デバッグツールが必要です。
ヘテロジニアスシステムアーキテクチャ（HSA）は、システムを統合する抽象化レイヤーとランタイムを作成します。これにより、プログラマは基盤となるプロセッサを意識する必要がなくなり、プロセスの合理化と簡素化が実現します。このアーキテクチャは、基盤となるプロセッサの種類を抽象化する仮想命令セットであるプログラマリファレンスマニュアル、ランタイム、そして異なるプロセッサと通信するためのコンポーネントの構築方法を説明するシステムアーキテクチャという3つのコンポーネントで構成されています。HSAにより、プログラマはPython、Java、OpenCL 2+、OpenMP、C++AMP（将来的にはC++17）など、多くの一般的な言語を使用できるようになり、必要に応じて制御言語と計算言語を同じプログラミング言語で記述することもできます。
2012年に設立されたHSA財団は、チップベンダー、ツールプロバイダー、ソフトウェア開発者、そして17の大学を含む40社で構成されています。財団はオープンアーキテクチャに基づいて運営されており、すべての成果は公開・共有され、誰でもロイヤリティフリーで利用できます。
AMD の Carrizo は、異機種環境で動作する SoC の完璧な例であり、CPU と GPU を同じダイに搭載した APU は、市場にリリースされた最初の HSA 互換 1.0 ハードウェアでした。
HSAは、キャッシュコヒーレントな共有仮想メモリプールを提供します。これにより、コンポーネント間のデータ転送が不要になり、レイテンシが低減され、パフォーマンスが向上します。例えば、CPUがデータ処理タスクを完了した後も、データのグラフィック処理が必要な場合があります。この場合、CPUはメモリ空間からGPUメモリにデータを渡し、GPUがデータを処理してCPUに返します。この複雑なプロセスによってレイテンシが増加し、パフォーマンスが低下しますが、共有メモリを使用することで、GPUはCPUが使用していたメモリと同じメモリにアクセスできるため、ソフトウェアスタックが削減され、簡素化されます。
キャッシュ コヒーレンシは、サーバー環境で操作を効率化するためによく使用されるツールですが、HSA を使用すると、クライアント デスクトップ、モバイル、タブレット セグメントなどのさまざまなデバイスを含む、SoC が見つかる場所であればどこでもこの技術を適用できます。
HSA v1.1は、ハードウェアを変更することなく、あらゆるHSA 1.0準拠アーキテクチャに適用できます。また、サポート範囲を単一ベンダーから複数ベンダーへと拡張することで、HSA準拠デバイスと非準拠デバイス間の相互運用性を向上させます。また、HSAメモリモデルの厳密な形式定義が盛り込まれ、システムレベルのプロファイリング機能も導入されました。これにより、ユーザーはプロファイルに基づく最適化や（あらゆる言語での）ユーザーコード解析のためにハードウェア情報にアクセスできます。
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新リビジョンには、QoS（Quality of Service）の強化と、エージェントが複数のシグナルを待機する機能を含むランタイムの改善も含まれています。その他の改善点としては、キャッシュ層を汚染する使用頻度の低いデータを削除できる非一時的メモリアクセスや、更新されたファイナライザーコードオブジェクトにおける高レベルデバッグ情報などがあります。
HSA Foundationはハードウェアサポートの強化を目標にスタートし、プログラムの次のステップとしてソフトウェアの最適化を進めています。Dell、ASUS、Lenovoなどのベンダーが提供する幅広いAMD Carrizo製品スタックなど、より多くのプラットフォームが利用可能になるにつれて、エコシステムは急速に拡大すると財団は予想しています。
HSA v1.1 は Github からダウンロードでき、無料で使用できます。
ポール・アルコーン はTom's Hardwareの寄稿編集者で、 ストレージを担当しています。Twitter と Google+でフォローしてください。
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ポール・アルコーンはTom's Hardware USの編集長です。CPU、ストレージ、エンタープライズハードウェアに関するニュースやレビューも執筆しています。
