Procesory

Ominąć problem spójności pamięci cache

Oczywiście układ SCC jest obecnie procesorem w całości eksperymentalnym. Nie ma wyśrubowanej wydajności – rdzenie pracują z częstotliwością 533 MHz, routery z szybkością 800 MHz, a pamięć DDR3 z prędkością 800 MHz. Ze względu na prostą architekturę, wybrano też do projektu leciwe już rdzenie procesorów Pentium, gdyż właśnie nie o wydajność tu chodziło, ale sprawdzenie w praktyce możliwości współpracy wielu standardowych rdzeni procesorowych. W przyszłości będzie możliwe np. zastąpienie jąder Pentium jądrami Core i7. Obecny układ SCC ma 48 rdzeni, w tej architekturze możliwe jest jednak połączenie ze sobą 100 czy nawet 1000 rdzeni. Jak zatem konstruktorom Intela udało się rozwiązać problem spójności danych, możliwość projektowania procesorów wielordzeniowych o więcej niż kilkunastu jądrach?

Po prostu zrezygnowano z uzyskiwania spójności danych, wykorzystując model pamięci wirtualnej oraz model oparty na protokole komunikacyjnym MPI (Message Passing Interface, z ang. interfejs transmisji wiadomości/komunikatów), tak jak ma to miejsce w klastrach komputerowych. Trudno więc mówić o spójności danych, gdyż pamięć operacyjna klastra jest rozproszona między poszczególne komputery – dokładnie tak, jak fizycznie, w sprzęcie. Dlatego jeden z komputerów jest komputerem nadrzędnym (tzw. węzeł-serwer) i to on za pośrednictwem protokołu MPI, który służy do przesyłania komunikatów pomiędzy procesami programów równoległych działających na kilku komputerach, rozdziela zadania i dane między pozostałe komputery (węzły-klienty). Węzeł-serwer kontroluje cały klaster i udostępnia pliki klientom. Pełni on także funkcję konsoli dla całego klastra i to przez niego przechodzą wszystkie informacje "z zewnętrznego świata".

W klastrach wykorzystuje się również pamięć wspólną. Obraz pamięci operacyjnej jest w nim widziany przez każdy komputer jako całość, czyli mamy do czynienia z tzw. ciągłą przestrzenią adresową. Oczywiście ta ciągła przestrzeń adresowa ma się nijak do fizycznego rozmieszczenia pamięci RAM, dlatego w klastrach stosuje się oprogramowanie ukrywające fizyczne rozproszenie pamięci. W ten sposób powstaje środowisko określane jako wirtualna (Virtual Shared Memory) lub rozproszona pamięć wspólna DSM (Distributed Shared Memory). Pamięcią wirtualną w klastrach też zarządza węzeł-serwer.

Krzemowa struktura procesora Intel Single-chip Cloud Computer

Krzemowa struktura procesora Intel Single-chip Cloud Computer (SCC)

Jak widać, w klastrach komputerowych bardzo ważna jest szybkość wymiany danych, która wpływa na ogólną wydajność systemu. Komunikacja odbywa się za pomocą przełączników lub routerów. Z tego modelu z zastosowaniem routerów komunikacyjnych też skorzystano w procesorze SCC. Intel określił tą architekturę nazwą RIB (Router Interface Block). Przepływność sieci routerowej w układzie Rock Creek wynosi 32 GB/s. Routery w kości SCC są sterowane programowo, przez co udało się osiągnąć dużą elastyczność w przekazywaniu zadań obliczeniowych z kafelka do kafelka oraz w dostępie do wirtualnej pamięci RAM, co jest szczególnie ważne, gdy jednocześnie przetwarzane są różnorodne zadania.

Zmiany w architekturze

Architektura procesorów wielordzeniowych będzie się w najbliższej przyszłości bardzo zmieniać. Najprawdopodobniej w czasie 4-5 lat w naszych domowych komputerach powoli zaczną pojawiać się wielordzeniowe procesory wywodzące się z architektury kart graficznych. Są one bowiem nie tylko łatwiejsze do zaprojektowania, ale również tańsze w produkcji i w zasadzie gotowe do wdrożenia. Układ taki jak SCC Intela raczej nie pojawi się na rynku szybciej niż za 10 lat. Problemem może być tutaj wyprodukowanie na jednej krzemowej płytce względnie taniego procesora zawierającego kilkanaście rdzeni. Co gorsza, jeśli uda się taką kość bez problemu wyprodukować, to mimo wszystko będzie ona wyjątkowo duża, co może stwarzać problemy z jej poprawnym zasilaniem i chłodzeniem.

Przeczytaj także:
Intel WiDi - przesyła obraz bez kabliOLED - ekrany przyszłości Nvidia 3D Vision Surround - 3D na trzech monitorach
Intel WiDi - przesyła obraz bez kabliOLED - ekrany przyszłości
Nvidia 3D Vision Surround - 3D na trzech monitorach

Komentarze

81
Zaloguj się, aby skomentować
avatar
Komentowanie dostępne jest tylko dla zarejestrowanych użytkowników serwisu.
  • avatar
    Konto usunięte
    0
    Ten artykuł zmusił mnie do zarejestrowania się w Benchmarku. Brawo! Czyta się jak dobry kryminał. Trochę mi brakowało o pamięciach asocjacyjnych i strukturach cache'ów... Może trochę więcej o RISC'ach - tak dla porównania z CISC'ami (jeszcze nie umarły)? Jak dla mnie to najlepsze co czytałem w 2011 roku. Pozdrawiam!
    PS. A wszystkim polecam pobawić się z programowaniem CUDA - też daje do myślenia...
    • avatar
      Konto usunięte
      0
      A co ze zmianą materiałów z których będą produkowane rdzenie? Grafen może w znacznym stopniu zniwelować ograniczenia pojedynczych rdzeni, jak np: taktowanie do 200 GHz i proces technologiczny do 0,5 nm (jak czytałem w którymś z poprzednich artykułów na benchmarku).
      • avatar
        Warmonger
        0
        Dobry artykuł, nie zauważyłem żadnych bzdurek. Choć to wymachiwanie jądrami na ostatniej stronie nieco razi ;)
        • avatar
          Konto usunięte
          0
          Świetny artykuł! Oby więcej takich na banchmarku.
          • avatar
            Ajschylos
            0
            Bardzo dobry artykuł , podzielam opinie przedmówców , bardzo dobrze mi się go czytało .
            • avatar
              Konto usunięte
              0
              Rewelacyjny artykuł. Czy ostatnie odkrycie Intela czasem nie jest kopią projektu IBM np. procesory Cell?
              • avatar
                NextGen1987
                0
                Bardzo dobry aktykuł, odemnie ''piątka''. Gratulację dla autora/ów.
                • avatar
                  loccothan
                  0
                  Bardzo zasadniczy artykół, dużo wiedzy.
                  Ogółem poszerza horyzonty :-) POLECAM !!!
                  • avatar
                    Konto usunięte
                    0
                    bardzo fajny art ale śmierdzi troche kryptoreklamą
                    zgadnijcie kogo
                    • avatar
                      0
                      Więcej takich artów, a nie poradników o nawigacji czy tych śmiesznych TOP 10 ;)
                      • avatar
                        Konto usunięte
                        0
                        Oby więcej tego typu artykułów.
                        • avatar
                          Marked
                          0
                          Rewelacyjny art,sporo się dowiedziałem:)
                          • avatar
                            Trantigne
                            0
                            Świetny art, oby więcej takich :)
                            • avatar
                              malyperelka
                              0
                              Jestem pod wrażeniem . Dużo pracy zostało włożone w ten artykuł , duży plusik dla Marcina B.
                              Liczę na więcej publikacji tego typu , podnosi to prestiż BENCHMARKA .
                              Mam już dosyc głupawych recenzji typu "najlepszy,najpiękniejszy dla każdego tablet firmy XXX i w dodatku niedrogi ,tylko klawierki w nim brak , ale to nieistotny szczegół ".
                              Pozdro ALL.
                              • avatar
                                Bosman
                                0
                                Czyli wychodzi na to, że zwiększanie taktowania jest najskuteczniejszym sposobem podniesienia wydajności układu, co zresztą jest logiczne. Dodatkowym atutem jest też to, że kod pisany pod starsze generacje procesorów, a więc nie wykorzystujący nowszych instrukcji również przyspieszy, bo przy użyciu pozostałych technik niekoniecznie.
                                • avatar
                                  haveano
                                  0
                                  brawo, super artykuł, nie mogłem sie oderwać od lektury.

                                  Wnoszę o premię dla autora! Albo przynajmniej mu polejcie ;>
                                  • avatar
                                    strzelec52
                                    0
                                    Na 7 stronie jest błąd :P
                                    "...każdy z rdzeni jest w stanie przetwarzać do 128 wątków jednocześnie – po cztery watki na rdzeń..."

                                    ale artykuł na 5 :D brawo dla autora.
                                    • avatar
                                      Konto usunięte
                                      0
                                      Oby takich artykułów-perełek było jak najwięcej !!!! BRAWO!
                                      • avatar
                                        BadWolf
                                        0
                                        Gratulacje dla autora super artykuł miło było przeczytać!!
                                        • avatar
                                          Konto usunięte
                                          0
                                          Ten artykuł, niezbyt lotny ale znośny (bez obrazy, znośny to dobra ocena, dał się przeczytać) powoduje, że znów tęsknię za piórem Pana Jona Stokes z ArsTechnica. Najlepsze, szczegółowe artykuły o procesorach sprawnie przedstawione w sposób zrozumiały 'dla mas'.
                                          • avatar
                                            Konto usunięte
                                            0
                                            - do czasu, jak dalej wszystko będzie oparte na miedzi, srebrze i krzemie, zaden rewolucyjny skok sie nie zapowiada, wiadomo przeciez ze kazdy material ma swoje granice termiczne oraz przewodzące :) a cała ta wielordzeniowość to "ogrzewanie starych kotletów" i przyrosty mocy co jakiś czas po kilkadziesiat mhz, przydala by sie w koncu jakas nowa rewolucja w tej dziedzinie na poziomie nm
                                            • avatar
                                              CougarV6
                                              0
                                              Nie wierzę. Pierwsza chyba od 2 lat w pełni profesjonalna,poważna i naprawdę wartościowa publikacja na benchmark.pl
                                              Można?
                                              • avatar
                                                Gasek
                                                0
                                                Tekst bardzo ciekawy, tylko nie na 1 w nocy;] jutro doczytam, ale + poleciał
                                                • avatar
                                                  Konto usunięte
                                                  0
                                                  Tez jutro przeczytam ponownie. Już 1:30 i mam obniżone taktowanie "białkowca" ;) Zasłużony +
                                                  • avatar
                                                    Konto usunięte
                                                    0
                                                    Fantastycznie. Drobne nieścisłości ale ogólny poziom powalający! Nie mogłem się powstrzymać przed rejestracją na benchmark ;) bo pod takim artem trzeba gratulować i prosić o jeszcze. Nie używam kompa do gier (no może czasem Unreal; oczywiście pierwszy ;) ale bardzo mi potrzeba mocy w zabawach z kryptografią i tu już niczym się nie zastąpi wydajności obliczeń... CUDA przybywajcie.
                                                    • avatar
                                                      Konto usunięte
                                                      0
                                                      czy Tesla może wpłynąć na wydajność codziennej pracy w np. Photoshopie albo Lightroom? tak tylko z ciekawości pytam...
                                                      • avatar
                                                        Konto usunięte
                                                        0
                                                        Artykuł wyrasta ponad poziom Benchmarka, czyli trend może będzie pozytywny.
                                                        Co do CUDA to należy pamiętać że te wszystkie CUDA to są tylko i wyłącznie koprocesory wspomagające obliczenia pewnego rodzaju.
                                                        Kiedyś CPU nie miały wbudowanej jednostki zmiennoprzecinkowej, obliczenia te były wykonywane przez osobny układ scalony zwany koprocesorem arytmetycznym.
                                                        • avatar
                                                          Konto usunięte
                                                          0
                                                          Bardzo dobry artykuł, na studiach uczyłem się o prockach do 2003roku a teraz miałem kontynuację historii wybiegającą w przyszłość ;) dlatego używam 2x6990 do obliczeń zmiennoprzecinkowych :)
                                                          ps.pozdrowienia dla autora
                                                          • avatar
                                                            Kierownik
                                                            0
                                                            Pomyliłem strony? Nie to nadal benchmark... Zamiast nędznych kłótni fanbojów NV/AMD Intela/AMD PC/konsol mamy coś może trochę ciężkostrawnego, ale ciekawego, nowego i zmuszającego do myślenia.

                                                            Takie tekst powinny być umieszczane zamiast recenzji laptopów, które zniechęcają do tego serwisu.
                                                            • avatar
                                                              Konto usunięte
                                                              0
                                                              Gratuluję, fajny artykuł.
                                                              • avatar
                                                                Konto usunięte
                                                                0
                                                                Miło się czytało. Dzięki!!

                                                                PS. Możnaby się pokusić o dalsze poszerzenie o informacje spoza stajni AMD i Intela:

                                                                >seryjnie produkowane najszybsze układy pracują z częstotliwością ok. 3,6–3,7 GHz (np. AMD Phenom II X4 980 Black Edition – 3,7 GHz, czy Intel Core i7 3820 pracujący standardowo z częstotliwością 3,6 GHz, a w trybie Turbo 3,9 GHz).

                                                                Dla przykładu:
                                                                IBM z10: 4.4 GHz
                                                                IBM z196: 5.2 GHz
                                                                IBM POWER6: 5.0 GHz
                                                                IBM POWER7: 4.25 GHz
                                                                • avatar
                                                                  Konto usunięte
                                                                  0
                                                                  Wielki pokłon, artykuł roku najmniej.

                                                                  Aż się łezka zakręciła jak pomyślę, że zaczynałem od 4,7 Mhz, a potem zrobiłem przesiadkę na znacznie szybszy 0,9 i 1,79 Mhz :))

                                                                  Jedna mała dygresja co do komentarzy typy 100-200 GHz. Co innego jest częstotliwość pracy bramki czy tranzystora, a co innego procesora, proszę się tak nie zagalopowywać ^^
                                                                  Pozdrawiam
                                                                  • avatar
                                                                    Konto usunięte
                                                                    0
                                                                    Ja zaczynałem przygodę z prawdziwym PC od Intel i486DX2, wcześniej C64 itd. :) w 98' roku celeron 300A potęga podkręcania i następny krok to już w 2002r Pentium 4 2.53Ghz :) ....to były czasy... ;)
                                                                    • avatar
                                                                      silvver
                                                                      0
                                                                      tyle mądrych słów, że nie wiem od której strony zacząć czytać :)
                                                                      • avatar
                                                                        hideo
                                                                        0
                                                                        fajny art jeden z lepszych na necie napisany widać przez kogoś kto trochę więcej wie o temacie niż przeciętni redaktorzy większości portali, choć chyba wdarł się maleńki błąd se skrótem "kość typu MMP (Massively Parallel Processors)", tak więc przyszłość to gpgpu/apu i zminiaturyzowane klastry
                                                                        • avatar
                                                                          Naleśnik z serem
                                                                          0
                                                                          Knights Ferry Intela to nic innego jak koncepcja własnego procesora o budowie podobnej do SONY Cell. Niestety ale Japończycy pokazali że potrafią wybiec w przyszłość znacznie dalej.
                                                                          Artykuł ciekawy.
                                                                          • avatar
                                                                            Naleśnik z serem
                                                                            0
                                                                            Zgadza się to konstrukcja wspólna (większość inżynierów była z IBM + kilku z SONY i Toshiby) ale główny patent należy do tych dwóch panów z SONY:
                                                                            http://www.google.com/patents?id=DjyeAAAAEBAJ&printsec=abstract&zoom=4#v=onepage&q&f=false
                                                                            O kim z IBM mówisz?
                                                                            • avatar
                                                                              Naleśnik z serem
                                                                              0
                                                                              Prace rozpoczęto w marcu 2001 roku - dokładnie wtedy SONY złożyło wniosek patentowy - przyjrzyj się masz tam napisane "Filed March 22 2001". Sama koncepcja jest podobna - tyle że we wniosku mamy opisany CPU z 32-rdzeniami połączonymi optycznie.
                                                                              Po za tym nie wiem skąd masz info, że SPU są pochodną PowerPC (http://sites.google.com/site/konsolki/sonyplaystation32 - tutaj pisze, że to całkiem inne rdzenie - widać to nawet na zdjęciach).
                                                                              Rejestry są prawdopodobnie pochodną rejestrów Toshiby (SONY EE) ponieważ EmotionEngine posiadał także 128-bitowe rejestry, podobnie do Cell szynę (BUS) pomiędzy 2-ma jednostkami wektorowymi (http://www2.cs.ucy.ac.cy/~epl605/readings/00809374.pdf) taktowane połową częstotliwości rdzenia (podobnie jak Cell). Cell ma ich trochę więcej bo 128 rejestrów na rdzeń. Oczywiście trzeba było wszystko przekonstruować aby każda ze stron mogła wykorzystać procesor do swoich celów (Superkomputer, konsola, TV).
                                                                              Opieram się głównie na wnioskach patentowych. Podejrzewam, że ten wniosek tak że ma podłoże w Cellu z 1998roku (opisuje połączenie dwóch CPU do dwóch różnych szyn [BUS]; zauważ Data Train 16B - dokładnie tyle ile leci z rdzenia w Cellu):
                                                                              http://www.google.com/patents?id=8asIAAAAEBAJ&pg=PA3&dq=Data+transfer+method+and+device+yamamoto&source=gbs_selected_pages&cad=4#v=onepage&q&f=false
                                                                              Odnośnik to tej publikacji można także znaleźć na stronie IBM.
                                                                              Oczywiście nie stwierdzam wprost czegoś, zostawiam sobie margines błędu. Nie twierdze, że też nie masz ra
                                                                              • avatar
                                                                                Naleśnik z serem
                                                                                0
                                                                                Zdaje sobie sprawę ze cały RISC to wytwór IBM ale..
                                                                                Jeśli wspomniałem o rejestrach to nie bez powodu. Pierwszym procesorem z 128-bit Multimedia Extesion był:
                                                                                http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=799870
                                                                                Rejestr ma długość 128-bit i tyle każdy rdzeń SPU wysyła po EIB w jednym cyklu (768-bit/cykl; czyli np. do drugiego SPU które pracę może wstrzymać, pauzować, a nawet wznawiać). W EE każdy z dwóch Vector Unit (a były tam 2 sztuki) też wysyłał 128-bit po wewnętrznej szynie i też był rdzeń kontrolny. Chodzi mi tylko o podobieństwo działania.
                                                                                Inną rzeczą jest (choć nie jestem żadnym ekspertem) to, że koncepcja jest tak naprawdę najważniejsza. Projektując BUS, czy też jakieś nietypowe połączenie (a EIB jet takim) musisz najpierw się zastanowić jak ma wyglądać operacja obliczeń, ich transportowania i przechowywania. Według ciebie gość sobie siada i wymyśla - OK to połączę z tym, to tak sobie narysuję i jakoś będzie działać?
                                                                                Można budować system pod hardware lub hardware pod system.
                                                                                Tak przynajmniej mi sie wydaje.
                                                                                Pzdr.
                                                                                • avatar
                                                                                  Naleśnik z serem
                                                                                  0
                                                                                  Z całym szacunkiem ale całkowicie się z tobą nie zgadzam. Przeniesienie na krzem to dla takiej Toshiby, która robi podobnie jak IBM półprzewodniki od dziesięcioleci (Toshiba np. wynalazła pamięć flash) to żaden problem. O ile masz racje, że zarys to zarys o tyle ja twierdze, że w przypadku realizacji projektu jest on równie ważny jak same technikalia. Zauważ

                                                                                  Ten opis (wypunktowany z miejscu "Claims" i "Description" jest dość szczegółowy - ma łącznie 190 podpunktów):
                                                                                  http://www.freepatentsonline.com/y2002/0138637.html
                                                                                  Podobnie ten opis nie jest pozbawiony schematu jak ma wyglądać realizacja instrukcji:
                                                                                  http://www.google.com/patents?id=DjyeAAAAEBAJ&printsec=abstract&zoom=4#v=onepage&q&f=false
                                                                                  • avatar
                                                                                    Naleśnik z serem
                                                                                    0
                                                                                    SPU są dość uniwersalne i nie potrzebują PPE (Power) do pracy. Przykład:
                                                                                    http://en.wikipedia.org/wiki/SpursEngine
                                                                                    Drugi przykład to najnowszy CPU Toshiby (3xARM+3GPU+Edram) wyposażony w pochodną SPU (co-processor):
                                                                                    http://nl.hardware.info/reviews/2081/5/toshiba-cevo-tvs-met-7-core-arm-processor-cevo-engine
                                                                                    Bardzo możliwe że PS4 będzie miało podobną budowę.
                                                                                    Poza tym co tak niesłychanego jest np. instrukcjach przekształcających macierz? Zwykła matematyka.
                                                                                    Znalazłem też wpis na jednym z forum (nie wiem czy prawdziwy - choć na temat architektury napisano książkę), w którym to można sie dowiedzieć że w koncepcji Toshiba chciała same SPE a IBM PPE. Kompromis był taki, że zrobiono PPE+SPE:
                                                                                    http://www.psu.com/forums/threads/2252-The-history-of-the-CELL?s=295fe5ad908ad50ef7bc616bfe049673
                                                                                    • avatar
                                                                                      lukiiiii
                                                                                      0
                                                                                      Super artykuł, oby więcej.
                                                                                      • avatar
                                                                                        Room429
                                                                                        0
                                                                                        Dzieki za swietna lekture na niedziele. Oczywiscie lapa w gore.
                                                                                        • avatar
                                                                                          Konto usunięte
                                                                                          0
                                                                                          Bardzo dobry artykuł. Przypomniały mi się czasy przedmiotu Architektura i organizacja komputerów i pisanie programów w asemblerze dla WinDLX. Bawienie się z przetwarzaniem potokowym i optymalizacja kodu.
                                                                                          • avatar
                                                                                            Konto usunięte
                                                                                            0
                                                                                            http://www.wykop.pl/link/875377/procesory-wielordzeniowe-co-szykuje-przyszlosc-desc-www-benchmak-pl/ proszę o WYKOP
                                                                                            • avatar
                                                                                              solau
                                                                                              0
                                                                                              Baaardzo dobry artykuł
                                                                                              Polecam !