От 25-ядерного чипа — к компьютеру из 200 тыс. ядер

09:22 30.08.2016   |  Агам Шах |  Служба новостей IDG

Рубрика Технологии |   1333 прочтения



Исследователи из Принстонского университета разработали 25-ядерный процессор Piton, на базе которого можно построить компьютер, объединяющий 200 тыс. ядер.

 

Перед своим 25-ядерным процессором Piton с открытым кодом исследователи из Принстонского университета ставят самые серьезные задачи: они намерены построить компьютер, который будет вмещать в себя 8 тыс. 64-разрядных чипов Piton или 200 тыс. процессорных ядер.

Вряд ли этот компьютер появится в ближайшее время, но в перспективе для Piton такой сценарий вполне возможен. Чип проектировался достаточно гибким и легкомасштабируемым, что должно обеспечить синхронизацию гигантской коллекции ядер при параллельной обработке приложений.

Подробный доклад о Piton прозвучал на недавней конференции Hot Chips. Поставленная исследователями цель заключалась в том, чтобы создать процессор для ЦОД, способных управлять запросами крупных социальных сетей, поисковыми операциями и облачными сервисами. Время отклика в социальных сетях и оперативность поиска определяются сегодня совокупной мощностью серверов, развернутых в ЦОД.

Чип Piton
Чип Piton имеет 25 ядер, работающих на частоте 1 ГГц, которые размещены в пяти рядах, — такую топологию обычно называют ячеистой.

Источник: Princeton University

Piton относится к довольно редкому классу процессоров с открытым кодом, созданных на базе архитектуры OpenSPARC, и представляет собой модифицированную версию чипа Oracle OpenSPARC T1.

В мире уже создано достаточно много процессоров и архитектур с открытым кодом. В настоящее время в процессе разработки находится архитектура RISC-V, на базе которой компания SiFive намерена выпустить новый процессор. Некоторые архитектуры с открытым кодом предназначены для развлечений. Например, организация Open Core Foundation пытается создать архитектуру с открытым кодом для процессора SH2, который использовался в игровой консоли Sega Saturn, выпущенной в 1994 году.

Компании могут взять за основу архитектуру с открытым кодом, адаптировать ее и разместить заказ на производство чипов на фабриках. Альтернативным вариантом является определение программной логики в программируемых логических матрицах (Field-Programmable Gate Array, FPGA), которые затем будут моделировать функциональность многоядерных процессоров.

Интересно, что исследователи решили взять за основу архитектуру SPARC. Процессоры SPARC используются корпорацией Oracle для создания серверов баз данных старшего класса, однако популярность этой архитектуры снижается. Недавно компания Fujitsu объявила об отказе от процессоров SPARC в пользу серверных чипов ARM, специально предназначенных для суперкомпьютера Post-K, который будет развернут в Японии в 2020 году.

Чип Piton имеет 25 ядер, размещенных в пяти рядах. Такую топологию обычно называют ячеистой. Все ядра работают на тактовой частоте 1 ГГц. Несколько чипов в массиве образуют гирляндную цепочку, отдельные звенья которой связаны через «мост», встраиваемый поверх структуры чипа. Кроме того, мост связывает процессор с оперативной памятью и подсистемой хранения.

Идея ячеистой структуры процессора не нова; ее активно использует, к примеру, компания Tilera, входящая в один с Mellanox Technologies холдинг. Уникальными же чертами Piton являются распределенная кэш-память и однонаправленные связи, объединяющие ядра в большом сервере. Оперативная память также используется ядрами совместно.

Каждое из ядер имеет 64 Кбайт кэш-памяти второго уровня. Таким образом, общий ее объем составляет 1,6 Мбайт. Наличие мини-маршрутизатора в каждом из ядер упрощает установление быстрых соединений с другими ядрами. Каждое ядро оснащено блоком выполнения операций с плавающей запятой, который используется в основном при организации крупномасштабных параллельных вычислений.

Количество ядер в процессорах продолжает увеличиваться (особенно это касается серверных и игровых чипов), обеспечивая тем самым увеличение вычислительной мощности. Новые процессоры AMD Zen будут иметь до 32 ядер, а число ядер в последних серверных чипах Intel Xeon E7 может достигать 24.

Ученые из Принстонского университета утверждают, что Piton – самый большой чип, разработанный в академических кругах. Впрочем, к количеству ядер это отношения не имеет. Исследователи из компьютерной лаборатории VLSI Калифорнийского университета в Дэвисе, например, уже представили чип KiloCore, объединяющий 1000 ядер.

Piton считается самым крупным в академической среде, поскольку он содержит 460 млн транзисторов. Впрочем, это совсем немного по сравнению с современными серверными и игровыми процессорами, состоящими из миллиардов транзисторов. Процессор Piton изготовлен по 32-нанометровой производственной технологии IBM.

 

Теги: Open Source SPARC Многоядерные процессоры