Az Intel Tera-Scale az Intel egy kutatási programja, ami az egyre nagyobb szerepet kapó vizuális információfeldolgozó feladatokban a meglévő párhuzamosság kihasználásával próbál hatékony megoldásokat kifejleszteni az Intel processzorok és platformok számára. Az ilyen alkalmazások teraFLOPS nagyságrendű párhuzamos számítási teljesítményt igényelnek, mivel terabájtos adathalmazok gyors feldolgozását kell megoldani bennük. A gyorsítás egyik módja több részfeladat egyszerre történő végrehajtása, azaz a párhuzamosság bevezetése. A párhuzamosság kihasználása nemcsak a feldolgozóegységek (CPU-k) hatékonyságát növeli, hanem megnöveli az egységnyi idő alatt feldolgozható adatmennyiséget is. Ennek megfelelő alkalmazásához a CPU-nak több szálat kell kezelnie, ami hardveres megoldással a több magból álló processzorokkal érhető el. A fogyasztói szintű számítógépek szokásos magszáma 2–8 mag, míg a munkaállomás-osztályú számítógépek jóval több magot is tartalmazhatnak. Ugyanakkor még a magok jelenlegi száma sem elég nagy ahhoz, hogy teraFLOPS-nagyságrendű teljesítményt nyújtson, és ebből adódott a következtetés, hogy még több mag használatával a cél elérhető. Az Intel programjában két prototípus-processzort gyártottak, amelyekkel a hagyományos számnál sokkal több mag alkalmazhatóságát ellenőrizték, és a tesztek sikeresek voltak.
Érdekesség, hogy az ATI Technologies és az AMD is használja a „TeraScale” elnevezést saját VLIW mikroarchitektúra-családjára, amit grafikus kártyákban alkalmaz, a Radeon HD 2000, 3000 és 4000 sorozatokban és az AMD APU-kban.
Prototípusok A Polaris kódnevű Teraflops Kutatási Csip egy 80 magos prototípus processzor volt, melyet az Intel 2007-ben fejlesztett ki. Ez volt az Intel első nyilvános kísérlete egy tera-skálájú processzor kifejlesztésére. A Polaris processzor -es órajelen és feszültségen érte el a teraFLOP-os teljesítményt. A processzor maximális számítási teljesítménye teraFLOP.
A 2009-ben kifejlesztett „Single-chip Cloud Computer”, avagy „egycsipes felhő-számítógép” az Intel másik kutatási processzora volt. Ez a processzor 48 külön fizikai P54C típusú magból áll, melyeket egy 6x4-es 2D-háló szervezésű rendszer köt össze.
Tervezési elgondolások A párhuzamosság az a fogalom, hogy több feladatot egyszerre hajtanak végre, ami hatékonyan csökkenti egy adott feladat elvégzéséhez szükséges időt. A Tera-Scale kutatási program arra a koncepcióra összpontosít, hogy a hagyományosnál jóval több magot használjon fel a párhuzamosság révén történő teljesítménynövelés céljához. Az Intel a megnövelt magszámú CPU-k terén szerzett korábbi tapasztalatai alapján úgy találta, hogy a magok számának megduplázása közel kétszeresére növelte a teljesítményt, miközben a fogyasztás nem növekedett. Több mag alkalmazása tehát lehetőséget nyújthat az energiahatékonyság javítására, jobb teljesítmény elérésére, hosszabb élettartamra és új funkciókra. A Tera-Scale processzorok javíthatják az energiahatékonyságot, azzal, hogy képesek „elaltatni” az éppen felesleges magokat, miközben növelnék a teljesítményt a terhelés intelligens újraelosztásával, a terhelést egyenletesen elosztva a csipen. A tera-skálájú processzoroknál a hosszabb élettartam azért is megvalósítható, mert tartalékmagok állnak rendelkezésre, amelyeket be lehet kapcsolni, ha a processzorban egy mag meghibásodik. Ezen felül a processzorok új képességekkel és funkciókkal is bővíthetőek lennének, dedikált hardveres berendezések, például grafikus motorok integrálásával.
Hardver Az Intel Tera-Scale a hardver területén a többmagos processzorok fejlesztésére összpontosít, amelyek a párhuzamos feldolgozás kihasználásával képesek elérni a teraFLOPS-os számítástechnikai teljesítményt. A modern kereskedelmi processzorok nagymértékben komplikált magokat tartalmaznak; a jelenlegi magok felépítése azonban olyan, hogy nehéz a processzorokban az aktuális magszámnál többet elhelyezni. Ez az egyik ok, amiért az Intel a Tera-Scale processzorok felé fordult, bár a nagy teljesítményű magok fejlesztését továbbra sem hanyagolja el. A CPU-magok egyszerűsítése érdekében az Intel az x86 architektúrájú processzorokról a sokkal egyszerűbb VLIW architektúrára váltott. A VLIW az asztali számítógépek körében ritkán alkalmazott architektúra,Léteznek asztali számítógépek körében használt VLIW architektúrák, ilyenek voltak a Transmeta Corporation processzorai (a Crusoe és az Efficeon), vagy a jelenleg is aktív orosz Elbrusz processzorcsalád tagjai. de specializált alkalmazásokat futtató számítógépekhez megfelelő. Ez architektúra egyszerűsített hardverkialakítást alkalmaz, viszont megnöveli a fordítóprogramokra háruló terhelést, tehát több munkát kell fordítani a programozásra, illetve a programok adaptálására VLIW architektúrájú hardverhez. Ez a hátrány a Tera-Scale rendszerben kevésbé jelentkezik, mivel a processzoron futtatható alkalmazások száma elég alacsony, ezért nem jelent nagy terhelést a szoftveres oldalon.
A terascale processzort úgynevezett csempékkel építették fel: a csempék valóban négyszögletes feldolgozóegységek, amelyek az összeköttetési rendszerhez kapcsolódnak. A legtöbb csempe általános számítási feladatokat lát el. A terascale processzor körülbelül 100 millió tranzisztorral rendelkezett, egy csempe körülbelül tranzisztorból állt. A speciális feldolgozóegységek, mint a DSP-k, videókódoló egységek, fizikai gyorsítók, 3D grafikus egységek mind a csempéken lehetnek kialakítva.
Szoftver A Polaris 80 magos processzor 2007-es megjelenése után sokan megkérdőjelezték, hogy valóban szükség van-e több tíz vagy száz magra. Az Intel erre azzal válaszolt, hogy bemutatta a „Recognition, Mining, and Synthesis” (RMS, kb. felismerés, bányászat és szintézis) elnevezésű szoftverkategóriát, ami éppen ezt a területet takarja le, tehát azok az alkalmazások tartoznak ide, amelyek több tíz vagy akár több száz mag számítási teljesítményét igénylik. Ezek körébe tartoznak például a különféle alakfelismerő alkalmazások, amelyek az általuk azonosított elemek alapján létrehozott modellekkel dolgoznak, ami lehet például egy személy arca. Az adatbányászati alkalmazások kritériumok alapján kiválasztott példányokat választanak ki hatalmas mennyiségű adatból. Végül, a szintézisalkalmazások lehetővé teszik az új környezetek előrejelzését és modellezését. Az RMS és a tera-skálájú processzorok alkalmazására egy példa a sportösszefoglalók elkészítése. A sportösszefoglalók elkészítése hagyományos módon több órányi számítógépes futásidót igényel, mialatt a átvizsgálja a több százezer videóképkockát, hogy kiválassza azokat a rövid akciófelvételeket, amelyeket az összefoglalókban bemutatnak. RMS szoftver és egy tera-skálájú processzor segítségével a sportösszefoglalók valós időben készíthetők, a sporteseményekkel párhuzamosan.
A Tera-Scale processzorok hasznosak lehetnek a valós idejű elemzésben olyan területeken is, mint például a pénzügyek, amelyhez olyan processzorra van szükség, ami hatalmas adatmennyiségek elemzésére alkalmas. Az Intel az egymagos processzoroktól a többmagos processzorokig vezető fejlődési útja (és a konkurensek felvásárlása) során arra következtetett, hogy a nagyobb feldolgozási teljesítmény kulcsa a jövőben a párhuzamosítás. A Tera-Scale kutatási program nem csak a többmagos processzorok kifejlesztésére összpontosít, hanem a jelenlegi és jövőbeli alkalmazások párhuzamosítására is. Az Intel 20 millió dollárt fordított kutatóközpontok létrehozására, amelyek a párhuzamos számítástechnika újabb módszereit kutatják és fejlesztik alkalmazásait, ezzel elmondható, hogy a vállalat elkötelezte magát a párhuzamos számítástechnika terén történő fejlődés mellett.
Kihívások 2005 elején az Intel szembesült a memória sávszélességével kapcsolatos problémával. Ahogy a feldolgozó egységekbe egyre több mag kerül, miközben a memória sávszélessége változatlan marad (akár méretbeli korlátok, akár más okok miatt), ez a helyzet gyakorlatilag szűk keresztmetszetté változtatja magát a CPU-t. A problémát egy „die stacking” nevű eljárással oldották meg. Ez egy olyan gyártási folyamat, amelyben a CPU-lapka, a flash és a DRAM egymásra vannak építve, rétegesen egymásra helyezve. Az így felépített áramkör jelentősen megnöveli a memóriabusz lehetséges szélességét. Az Intel számára egy másik kihívást jelentettek a rendszersínek (buszok) fizikai korlátai. A busz sávszélessége a CPU külvilággal való kapcsolatának legfontosabb jellemzője, és a jelenlegi sávszélességek mellett a hagyományos processzorok nem képesek a tera-skálájú processzorok által mutatott teraFLOP-os teljesítményt nyújtani. Az Intel szilícium-fotonikai kutatásai eredményeként létrehozott egy működőképes optikai buszt, ami kiemelkedő jelátviteli sebességet és energiahatékonyságot nyújt a jelenlegi buszokhoz képest. Az optikai sínek ideális megoldást jelentenek a tera-szintű processzorok busz-sávszélességének korlátai tekintetében.
Jegyzetek
Fordítás
Források
További információk
– fényképek, 48 magos processzorváltozat Kapcsolódó szócikkek
Cell (mikroprocesszor) TRIPS architektúra Párhuzamosság (számítástudomány)
Tera-Scale
Kategória:VLIW mikroprocesszorok Kategória:Mikroprocesszorok