В середине февраля корпорация Intel представила программируемый 80-ядерный однокристальный процессор, разработанный в рамках программы исследований в области так называемых теравычислений (tera scale computing).

Teraflops Research Chip — суперкомпьютер на кристалле

Отказавшись от проведения в нынешнем году весеннего форума для разработчиков (Intel Developer Forum, IDF), традиционно проходившего в Сан-Франциско (США), микропроцессорный гигант объявил о своей новинке на ежегодной международной конференции по интегральным схемам (Integrated Solid State Circuits Conference, ISSCC, www.isscc.org), состоявшейся там же под эгидой IEEE с 11 по 15 февраля.

Собственно говоря, экспериментальную пластину с прототипами 80-ядерных процессоров компания уже продемонстрировала на IDF осенью минувшего года. Однако в докладе, сделанном на конференции ISSCC, специалисты корпорации представили некоторые технические детали относительно многоядерного процессора, получившего название Teraflops Research Chip.

По информации Intel, микрочип размером (приблизительно) 22x14 мм состоит из 80 независимых вычислительных ядер-ячеек, расположенных на кристалле в виде прямоугольного массива 8x10 ячеек. Каждое процессорное ядро содержит блок обработки данных (состоящий из пары программируемых модулей для выполнения операций с плавающей запятой) и пятипортового маршрутизатора, обеспечивающего передачу данных и инструкций в другие вычислительные ядра.

Ячеистая архитектура межъядерных соединений, называемая “внутрикристальной сетью”, обеспечивает сверхвысокую скорость обмена данными между ядрами — исчисляемую несколькими терабитами в секунду. Для снижения энергопотребления процессора вычислительный блок каждого ядра запитывается независимо от маршрутизатора. Это означает, что если ядро не участвует в решении текущей задачи, его вычислительный блок может быть отключен и оно в этом случае будет выполнять только функцию канала передачи данных.

В нынешней версии 80-ядерный микрочип помещен в LGA-корпус, имеющий 1248 ножек-контактов, 343 из которых используются для передачи сигналов, а остальные — для питания и заземления.

По утверждениям Intel, исследователи из корпорации разработали первый в мире суперкомпьютер на кристалле — программируемый процессор, мощность которого сравнима с быстродействием самых современных вычислительных систем. Восьмидесятиядерный процессор Intel может достигать терафлопной производительности при минимальной тактовой частоте ядра 3,16 ГГц и напряжении 0,95 В; общее энергопотребление микрочипа при этом составляет всего 62 Вт — значительно меньше, чем у многих современных бытовых приборов (более высокий уровень вычислительной скорости процессора приводит к существенному повышению его энергопотребления).

По словам представителей Intel, корпорация не планирует внедрять данный процессор в коммерческое производство, рассматривая его как своеобразный полигон для отработки будущих“ терапроцессоров”. Экспериментальный Te-raflops Research Chip даст исследователям возможность уточнить требования, касающиеся принципов проектирования новых поколений кремниевых интегральных схем и схем межкомпонентных соединений с высокой пропускной способностью, а также позволит реализовать более эффективные методы управления энергопотреблением электронных компонентов.

Разработка 80-ядерного процессора выполнена в рамках широкой исследовательской программы Intel, цель которой состоит в том, чтобы подготовить базу для создания ПК и серверов с производительностью, исчисляемой триллионами операций с плавающей запятой в секунду. Еще в феврале 2004 г. Патрик Гелсингер, в то время главный технолог Intel, обрисовал будущее таких компьютерных вычислений, которое назвал эпохой теравычислений — “Era of Tera”. Помимо терафлопной производительности компьютеров новая эра должна обеспечить обработку как минимум терабайтных объемов данных.

Подобной производительности очень ждут, в частности, разработчики систем искусственного интеллекта, оперативной видеосвязи, анализа мультимедийных данных, распознавания речи в реальном времени, фотореалистичных игр и других практически полезных приложений.

Выполняя исследования в области теравычислений, специалисты Intel делают акцент на поиске новых функциональных возможностей для универсальных и специализированных процессоров (или вычислительных ядер), создании более совершенных схем соединений внутри кристалла и соединения процессоров с другими компонентами компьютера (с целью оптимизации передачи больших объемов данных), разработке новых принципов проектирования программного обеспечения.

В ближайшее время корпорация намерена направить свои усилия на технологии создания внутрикристальной трехмерной многослойной памяти и проектирование усовершенствованных экспериментальных прототипов процессоров, состоящих из множества универсальных ядер с архитектурой Intel (нынешний 80-ядерный процессор использует 96-разрядную VLIW-архитектуру).

По прогнозам Intel, коммерческий вариант процессора с большим числом ядер может появиться в течение ближайших пяти лет. Оптимистичные оценки специалистов компании сводятся к тому, что к 2010 г. практически четверть объема поставляемых серверов будет иметь терафлопную производительность.