Исследовательское подразделение корпорации Intel ведет разработки
экспериментального микропроцессора, содержащего в себе до 1000
вычислительных ядер. Сегодняшние центральные процессоры в большинстве
своем содержат от двух до шести ядер на чип. Недавно компания
представила экспериментальный 48-ядерный чип, предназначенный для
масштабируемых многопоточных вычислений для научных исследований.
По словам Тимоти Мэттсона, научного специалиста Intel, выступавшего с
докладом на конференции Supercomputing Conference 2010 в Новом Орлеане в
США, именно на основе масштабируемой архитектуры 48-ядерного процессора
и базируется концепция чипа с 1000 рабочими ядрами. Мэттсон говорит,
что по масштабируемости 1000-ядерные чипы могут сравниться с целыми
датацентрами, используемыми сегодня.
Более того, он отметил, что созданная база для 48-ядерного процессора
оказалась очень удачной и ее можно свободно масштабировать. "Это
облачная архитектура, которая в принципе может масштабироваться до 1000
ядер. Я просто могу добавлять и добавлять ядра, - говорит он, - только
после 1000 ядер диаметр физического процессора становится таким, что его
увеличенные размеры начинают негативно влиять на производительность".
Напомним, что ранее и другие представители Intel, крупнейшего в мире
производителя микропроцессоров, выражали уверенность в том, что ключ к
дальнейшему повышению производительности компьютеров - это не
наращивание тактовой частоты, а добавление новых ядер на кристалл
процессора. Однако в Intel признают, что с добавлением все новых и новых
ядер на процессор повышается сложность дизайна процессора и вероятность
сбоев в работе множественных ядер, которые необходимо синхронизировать
во время выполнения расчетов.
Тимоти Мэттсон говорит, что сейчас в компании есть экспериментальные
технологии, позволяющие наращивать количество ядер до 1000. После этого
предела наступает "переполнение протокола выполнения в расчете на ядро" и
многоядерный чип начинает работать не только не быстрее, но даже
медленнее, так как на межъядерные коммуникации тратится слишком много
ресурсов чипа - больше, чем на полезные вычисления.
Для того, чтобы синхронизировать многоядерные процессоры, Intel
применяет новую концепция "сеть-на-чипе", то есть управление ядрами
происходит по принципу компьютерной сети, где ядра можно сравнить с
индивидуальными компьютерами. Тем не менее, даже такая конфигурация
процессора имеет свои лимиты, достигнув которые следует говорить о
создании процессора с принципиально иной архитектурой.
Мэттсон говорит, что в Intel пока нет работающего чипа с таким большим
количеством ядер, он есть лишь в теоретических схемах, создаваемых в
рамках проекта Intel Terascale Research Program, существующего уже
несколько лет.
Пока здесь был создан 48-ядерный чип, получивший название
"процессор-датацентр". Инженеры говорят, что многоядерные концепции,
заложенные в 48-ядерном процессоре, позволяют использовать производные
технологии как в серверах, так и в мобильных телефонах. Работает новый
чип на той же частоте, что и существующие на сегодня чипы Intel Atom
(1,66 - 1,83 ГГц), но в экспериментальном процессоре использована
mesh-архитектура, которая позволяет очень гибко подключать и отключать
ядра процессора, причем в случае активации всех ядер чипа, его
производительность многократно вырастает. Также в экспериментальном
процессоре использована новая технология коммуникации ядер.
В Intel говорят, что добавление новых ядер - это на сегодня наиболее
эффективный способ повышения производительности чипов без существенного
роста потребления электроэнергии. Также многоядерные чипы не требуют
более высоких тактовых частот, из-за которых ЦПУ сильно греется во время
работы.
"48-ядерный чип построен на обновленной архитектуре, которая лишена тех
узких мест при коммуникации с памятью, что присутствуют в современных
x86-чипах. Для более быстрой обработки данных здесь была изменена
топология организации ядер, получающих и отправляющих данные. На
кристалле процессора размещены 24 небольших маршрутизатора, которые
организуют работу ядер", - рассказал Кристофен Андерсен, инженер Intel
Labs.
Сообщается, что некоторые из функций, реализованные в 48-ядерном
процессоре, в особенности те, что связаны с управлением питанием, должны
появиться уже в ближайших версиях коммерческих чипов. Также будет
реализована технология типовых буферов данных, которые помогают ядрам
обмениваться данными в параллельном режиме.
