Intel Tera-scale a Platforma 2015: kam směřuje Intel?
31.10.2006, Lukáš Petříček, článek
Vývoj počítačových architektur prochází revolucí. Plány na 10GHz čipy na bázi křemíku ustupují do pozadí a růst výkonu procesorů se v dalších letech bude ubírat cestou více jader. Proto se podíváme na problémy současných architektur a budoucí platformy Intelu.
Kapitoly článku:
- Intel Tera-scale a Platforma 2015: kam směřuje Intel?
- Program Intel Tera-scale a Platforma 2015
- Tera-scale procesory
- Tera-scale software
- První prototyp z programu Tera-scale
Odpovědí na nedostatky současných architektur je výzkum architektur, které mají tyto nedostatky odstranit. Tento program v současnosti vyvíjí Intel pod výstižným názvem „Tera-scale“ a Platforma 2015. Dochází ke zvažování řady technik, zásahů do architektur a způsobu komunikace ve vysoce paralelních systémech, které počítají i se stovkami jader. Výzkum probíhá i na řadě významných univerzit a věnují se mu stovky vědců, výzkumníků a počítačových architektů...
Tera-scale platforma
Řešením pro další dekády má být právě program „Tera“, který má přinést tři zásadní změny a možnosti oproti současným architekturám. Výkon v řádech Tera OPS (Operation Per Second, operace za sekundu) a řádově Terabytovou propustnost paměťového subsystému a I/O, což výrazně usnadní další škálování platformy (zejména například v serverové oblasti). Takový výkon je na současných architekturách a SMP (Symmetric MultiProcessing) zdaleka nedosažitelný. Základem má být vysoce paralelní architektura s mnoha jádry s důrazem na podporu virtualizace a bezpečnost. Požadavky jsou kladeny také na nízkou spotřebou, vysokou efektivitu a podporu akcelerátorů.
Virtuální stroje a stovky threadů – nároky na cache, paměťový subsystém a I/O budou u nových platforem oproti současným řešením neporovnatelné
Zkušenosti ukazují, že je výhodné mít možnost použít procesor pro více segmentů trhu. Platforma založena na dobrém škálování a jednodušších jádrech k této koncepci přímo vybízí – počet výpočetních jader bude možné přizpůsobit požadovanému výkonu. Od osobních počítačů, přes mobilní trh (včetně lekých PDA), až po největší datacentra - nikdo nebude možným výkonem omezován. Vzhledem k architektuře bude stačit danému nasazení přizpůsobit počet jader.
Více jader pro všechny a vždy ten „správný“ počet - každý segment má své specifické požadavky
I zvyšování jader má samozřejmě svá úskalí (zejména vzhledem k dostupné výrobní technologii a úrovni integrace), takže tato architektura počítá se škálováním nejen na úrovni procesoru a počtu jader, ale i se spojením více těchto procesorů nebo celých systémů založených na „Tera-scale“ principech pomocí vysokorychlostního optického rozhraní.
Škálovatelnost je zajišťována na všech úrovních
Možností, jak spojit tyto systémy, je samozřejmě více. S ohledem na dostupné technologie se liší jak robustností, tak zejména velikostí a cenou takového řešení. Jedním z dalších milníků je, Intelem nedávno představený, hybridní laser. Projekt „křemíkového“ laseru je ve výzkumu již řadu let a postupně dochází k růstu dosažitelné rychlosti.
Laser postavený na technologii „křemíku“ a Ramanově efektu
Mezikomunikaci na bázi elektřiny a vysokých frekvencí nahradí časem fotonika. Problémem fotoniky je dnes zejména cena. Je založena na malých waferech a InP (Indium Phosphide), kde se cena pohybuje okolo 100 dolarů na pin, což bylo pro použití v běžných počítačích zatím nereálné. Poslední dosažená hranice je 40 Gbps na jediný hybridní laser. 25 takových laserů s multiplexer nám dává další „Tera“ do naší skládačky.
Křemíkový fotonický čip, 1 Tbps na bázi optiky
Komunikace na úrovni jádra, více procesorů na základní desce nebo propojení více takových systémů nebude problém. Právě technologie hybridního laseru, který bude možné implementovat i na úrovni samotného jádra, přinese tolik potřebnou škálovatelnost a nízkou cenu.
Tera-scale platforma
Řešením pro další dekády má být právě program „Tera“, který má přinést tři zásadní změny a možnosti oproti současným architekturám. Výkon v řádech Tera OPS (Operation Per Second, operace za sekundu) a řádově Terabytovou propustnost paměťového subsystému a I/O, což výrazně usnadní další škálování platformy (zejména například v serverové oblasti). Takový výkon je na současných architekturách a SMP (Symmetric MultiProcessing) zdaleka nedosažitelný. Základem má být vysoce paralelní architektura s mnoha jádry s důrazem na podporu virtualizace a bezpečnost. Požadavky jsou kladeny také na nízkou spotřebou, vysokou efektivitu a podporu akcelerátorů.
Virtuální stroje a stovky threadů – nároky na cache, paměťový subsystém a I/O budou u nových platforem oproti současným řešením neporovnatelné
Zkušenosti ukazují, že je výhodné mít možnost použít procesor pro více segmentů trhu. Platforma založena na dobrém škálování a jednodušších jádrech k této koncepci přímo vybízí – počet výpočetních jader bude možné přizpůsobit požadovanému výkonu. Od osobních počítačů, přes mobilní trh (včetně lekých PDA), až po největší datacentra - nikdo nebude možným výkonem omezován. Vzhledem k architektuře bude stačit danému nasazení přizpůsobit počet jader.
Více jader pro všechny a vždy ten „správný“ počet - každý segment má své specifické požadavky
I zvyšování jader má samozřejmě svá úskalí (zejména vzhledem k dostupné výrobní technologii a úrovni integrace), takže tato architektura počítá se škálováním nejen na úrovni procesoru a počtu jader, ale i se spojením více těchto procesorů nebo celých systémů založených na „Tera-scale“ principech pomocí vysokorychlostního optického rozhraní.
Škálovatelnost je zajišťována na všech úrovních
Možností, jak spojit tyto systémy, je samozřejmě více. S ohledem na dostupné technologie se liší jak robustností, tak zejména velikostí a cenou takového řešení. Jedním z dalších milníků je, Intelem nedávno představený, hybridní laser. Projekt „křemíkového“ laseru je ve výzkumu již řadu let a postupně dochází k růstu dosažitelné rychlosti.
Laser postavený na technologii „křemíku“ a Ramanově efektu
Mezikomunikaci na bázi elektřiny a vysokých frekvencí nahradí časem fotonika. Problémem fotoniky je dnes zejména cena. Je založena na malých waferech a InP (Indium Phosphide), kde se cena pohybuje okolo 100 dolarů na pin, což bylo pro použití v běžných počítačích zatím nereálné. Poslední dosažená hranice je 40 Gbps na jediný hybridní laser. 25 takových laserů s multiplexer nám dává další „Tera“ do naší skládačky.
Křemíkový fotonický čip, 1 Tbps na bázi optiky
Komunikace na úrovni jádra, více procesorů na základní desce nebo propojení více takových systémů nebude problém. Právě technologie hybridního laseru, který bude možné implementovat i na úrovni samotného jádra, přinese tolik potřebnou škálovatelnost a nízkou cenu.
