Эволюция главного элемента всей вычислительной техники, процессора, со стороны думается сложной кривой, обрисовываемой уравнением со множеством малоизвестных. Но сами вендоры, говоря о будущем, выделяют всего два определяющих фактора. Первый — сниженное энергопотребление, и обращение о нём, в случае если разрешите, отправится чуть ниже. Второй — экстремальная многоядерность.
Сейчас сердце обычной персоналки уже содержит пара ядер и каждое из них до определённой степени способно делать роль независимого процессора (см. «40 лет 4004»). Но данной схеме предстоит пережить важную изменение, перед тем как она превратится в то, о чём грезят производители. Словечко «экстремально» упомянуто не красоты для: речь заходит о новом технологическом витке, по окончании которого количество ядер на кристалле вырастет минимум на порядок. Представить себе наглядно, как это будет смотреться и трудиться, возможно, посмотрев на процессор Knights Corner (KC), показанный компанией Intel в середине ноября.
Известно о нём до тех пор пока мало. Разработчики KC применяли ультрасовременный инструментарий (22-нанометровая разработка, 3D-транзисторы), дабы воссоздать в кремнии ядро процессора Pentium (вероятнее, семейства Xeon финиша 90-х годов). В плане производительности оно, само собой разумеется, несравнимо с современными разработками, потому что через чур простое. Но простота свидетельствует энергоэкономичность. А расход энергии в этом случае очень ответствен, потому, что на кристалле Knights Corner размещено не два и не четыре, а более пятидесяти таких ядер!
В следствии трудящийся на тактовой частоте около гигагерца и оснащённый расширенными 512-битными регистрами KC делает «в пике» один триллион операций над числами с плавающей запятой. Для сравнения: самые замечательные «простые» процессоры от Intel и AMD (Core i7 и т.п.) отстают по производительности в 15 раз и более.
Вот он, Knights Corner. Дабы лучше представить его производительность, имеете возможность отыскать в памяти самый замечательный суперкомпьютер второй половины 90-х ASCI RED, узнаваемый кроме этого под неофициальным прозвищем Терафлопс. Он складывался из более чем 9 тысяч процессоров, потреблял практически милионов ватт, а по производительности был равен вот этому крохе (фото: Intel).
Но, заявить, что Intel наткнулась на эту идею первой, было бы несправедливо. Ниву экстремальной многоядерности в далеком прошлом возделывают производители графических процессоров, nVidia и AMD (благодаря приобретённой ATI). Популярные семейства видеокарт GeForce и Radeon выстроены на чипах GPU, составленных из нескольких десятков примитивных процессорных ядер. Их функциональности достаточно для обсчёта графических сцен, но в случае если попытаться, их возможно применить и для действенного ответа вторых задач, требующих громадного количества вычислений.
Далеко не каждую задачу возможно ускорить, переложив вычисления на GPU (метод обязан прекрасно распараллеливаться, состоять по возможности лишь из математических операций и т.п.), но однако примеры имеются. Вспомните как строят BitCoin-фермы (см. «BitCoin: пирамида либо валюта будущего?») либо обратите внимание на перечень самых замечательных суперкомпьютеров Top500.org, где всего за год число автомобилей с гибридной архитектурой (CPU + GPU) выросло многократно. В скором будущем ожидается всплеск популярности гибридных ответов на массовом рынке.
Что касается Intel, задумавшись над экстремальной многоядерностью в первой половине нулевых, микропроцессорный гигант попытался спроектировать личный мультиядерный GPU (узнаваемый под кодовым именем Larrabee). Но проект свернули пара лет назад, ещё до начала производства — разумеется, осознав, что догнать соперников так не удастся. Тогда-то, по всей видимости, и появилась мысль применять в качестве строительного блока вместо примитивных графических вычислителей самое простое ядро мипрокропроцессора неспециализированного назначения.
Эта архитектура стала называться MIC (many integrated core — букв. множество интегрированных ядер). Действующий пробный образчик MIC-процессора (Knights Ferry с тридцатью ядрами) компания продемонстрировала ещё годом ранее, а Knights Corner будет уже первым коммерческим продуктом: на рынке он покажется к 2013 году и, как ожидается, будет употребляться в рабочих и суперкомпьютерах станциях.
Не обращая внимания на принципиальные архитектурные различия, Knights Corner имеет большое количество неспециализированного со собственными GPU-соперниками от nVidia и AMD. Он так же не рекомендован для работы в качестве центрального процессора, только делая роль ассистента, на что перекладываются тяжёлые вычисления. Приблизительно сопоставима у всех трёх игроков и производительность, измеряемая единицами терафлопс (правильное сравнение не имеет смысла, потому, что в каждом конкретном случае нужно учитывать ещё последовательность качеств, таких как разрядность вычислений, функциональное достаток совокупности команд и пр.). Вместе с тем уникальный подход Intel обещает кое-какие весомые преимущества.
Применение Pentium-ядра свидетельствует, что Knights Corner осознаёт совокупность команд x86. Исходя из этого, теоретически, он может выполнять кроме того тот софт, что трудится на PC сейчас, без трансформаций. И применять богатейший арсенал существующих для архитектуры x86 средств разработки. Intel уже воспользовалась этим, дабы уменьшить интеграцию KC в вычислительные совокупности: полсотни ядер нового процессора управляются ОС Linux, которая трудится на них же — так что для «внешнего мира» KC выглядит как независимый компьютер (легко новый элемент вычислительного кластера).
Неприятность энергопотребления остаётся одной из самых болезненных для вычислительной техники, и особенно для суперкомпьютеров. Так китайский Tianhe-1A (практически 5 петафлопс в пике; на фото), до недавнего времени бывший самым замечательным числогрызом в мире, потребляет 4 мегаватта, что выливается в счёт за электричество в пара миллионов долларов ежегодно.
Соперничающие GPU от nVidia и AMD требуют важной адаптации ПО (вспомните о своеобразном устройстве графических ядер). Вот из-за чего мысль Intel думается более перспективной для десктопов.
Но помощь x86 большое количество значит и для суперкомпьютеров. Сравнивая с «неполноценными» GPU, помощь полного комплекта команд x86, по крайней мере в теории, разрешает Knights Corner достигнуть большей вычислительной мощности в расчёте на один ватт мощности электрической. Данный параметр не так уж ответствен для персоналок либо рабочих станций, но чуть ли не самый ответственный из всех для числогрызов.
Тут следующая планка — эксафлопс, тысяча петафлопс либо 1018 операций в секунду. Но дабы её достигнуть, не хватает существующие ответы: сейчас один петафлопс требует приблизительно одного мегаватта, так что нужно значительно снизить энергопотребление, дабы суперкомпьютерные вычисления кроме того на эксафлопсном уровне оставались рентабельными.
Intel сохраняет надежду достигнуть заветной черты уже через шесть лет, а также благодаря наследникам привычного вам Knights Corner. nVidia собирается быть в том месте же годом позднее.