Ekstremalne technologie komputerowe i wielordzeniowość na masowym rynku

Justin Rattner, główny dyrektor ds. technologii w firmie Intel, ogłosił podczas konferencji Intel Developer Forum, że rozwój techniki komputerowej ulega przyspieszeniu.

Jako przykłady podał wpływ wielordzeniowego przetwarzania danych na masowy rynek oraz postępy w przetwarzaniu danych w ekstremalnej skali. „Od 2006 roku Intel i społeczność deweloperów IA wspólnie realizowały wizję wielordzeniowego przetwarzania danych, rozszerzając jego zasięg poza zastosowania HPC w celu rozwiązania szeregu praktycznych problemów obliczeniowych na urządzeniach klienckich i serwerowych — powiedział Rattner podczas swojego przemówienia w 3. dniu konferencji IDF w San Francisco. — To, co osiągnęliśmy dziś, to tylko wierzchołek góry lodowej w porównaniu z tym, co będzie możliwe w przyszłości, kiedy pojawią się systemy wielordzeniowe działające na ekstremalną skalę.”

Ekstremalne technologie komputerowe

Intel nieustannie przesuwa granice technologii, dążąc do kolejnych przełomów, dzięki którym komputery osiągną kolejny szczebel wydajności przy znacznie niższym poborze mocy. Rattner zademonstrował to na przykładzie procesora Near-Threshold Voltage używającego nowatorskich obwodów o bardzo niskim napięciu, które radykalnie obniżają zużycie energii, działając blisko progowego napięcia tranzystorów. Ten koncepcyjny procesor w razie potrzeby działa szybko, ale kiedy obciążenie jest niewielkie, ogranicza pobór mocy poniżej 10 miliwatów, dzięki czemu może nadal działać zasilany jedynie baterią słoneczną rozmiaru znaczka pocztowego.

Choć ten eksperymentalny chip sam w sobie nie zostanie produktem, wyniki badań mogą doprowadzić do integracji skalowalnych obwodów bliskich napięcia progowego z wieloma przyszłymi produktami, obniżając zużycie energii ponad pięciokrotnie i umożliwiając powstanie szerszej gamy zawsze włączonych urządzeń komputerowych. Technologie tego rodzaju przybliżają cel Intel Labs, jakim jest 100-, a nawet 1000-krotne zmniejszenie zużycia energii na jedno obliczenie w takich zastosowaniach, jak masowe przetwarzanie danych z jednej strony, a obliczenia w teraskali na urządzeniach kieszonkowych z drugiej.

Moduł Hybrid Memory Cube, koncepcyjna pamięć DRAM opracowana przez Micron we współpracy z Intelem, demonstruje nowe podejście do konstrukcji pamięci i zapewnia ponad 7-krotny wzrost efektywności energetycznej w porównaniu z dzisiejszymi układami DDR3. W module Hybrid Memory Cube chipy pamięciowe są ułożone w stos, tworząc kompaktową „kostkę”, a nowy, bardzo wydajny interfejs pamięci wyznacza nowy standard energii zużywanej na przeniesienie jednego bitu, jednocześnie obsługując szybkość transmisji rzędu biliona bitów na sekundę. Badania te mogą doprowadzić do ważnych postępów w serwerach zoptymalizowanych pod kątem chmurowego przetwarzania danych, a także w ultrabookach, telewizorach, tabletach i smartfonach.

Wiele zastosowań wielordzeniowości

Multi-core, praktyka umieszczania więcej niż jednego mechanizmu przetwarzania danych w jednym układzie, stała się typową metodą zwiększania wydajności przy zachowaniu niskiego poboru mocy. Many-core to nowa perspektywa konstrukcyjna — zamiast dodawać kolejne rdzenie w tradycyjny sposób, trzeba wymyślić na nowo konstrukcję chipu z założeniem, że wysoka liczba rdzeni jest nową normą.

Rattner podkreślił postępy, jakie poczyniono w wielordzeniowym przetwarzaniu danych od czasu, kiedy Intel przedstawił pierwszy procesor dwurdzeniowy na konferencji IDF pięć lat temu. Dziś procesory multi- i many-core Intela są używane do wielu ważnych zadań w szerokiej gamie branż, włączając w to nowe, zaskakujące zastosowania w szybko rozwijającej się technice przetwarzania danych na dużej liczbie rdzeni.

Rattner opisał niektóre najnowsze zastosowania tej technologii wraz z narzędziami i technikami programistycznymi, które pozwalają deweloperom ujarzmić moc wielordzeniowego przetwarzania danych w kilku kluczowych obszarach, m.in.:

• Szybsze aplikacje internetowe. Rozszerzenie języka JavaScript o funkcje równoległego przetwarzania danych za pomocą wprowadzonego właśnie silnika Parallel JS od Intel Labs pozwoli stworzyć nową klasę aplikacji przeglądarkowych do takich zastosowań, jak edycja zdjęć i wideo, symulacje fizyczne oraz gry 3D na komputerach stacjonarnych i mobilnych, w tym na urządzeniach Ultrabook.

• Szybciej reagujące usługi chmurowe. Znacznie większa liczba zapytań na sekundę w buforowanych w pamięci aplikacjach, które używają wielordzeniowych mikroprocesorów Intel Core drugiej generacji, pozwoli największym witrynom internetowym przyspieszyć działanie aplikacji internetowych i skrócić do minimum czas, przez jaki użytkownicy czekają na krytyczne dane.

• Lepsze zabezpieczenia komputerów klienckich. Wykonywane równolegle algorytmy kryptograficzne i usługi rozpoznawania twarzy zwiększą stopień bezpieczeństwa ultrabooków oraz tradycyjnych notebooków i komputerów stacjonarnych, wykorzystując w heterogeniczny sposób wszystkie rdzenie obliczeniowe i graficzne mikroprocesorów Intel Core drugiej generacji.

• Tańsza infrastruktura bezprzewodowa. Wspólne badania z China Mobile pozwolą zastąpić wyspecjalizowany, kosztowny sprzęt używany w dzisiejszych stacjach bazowych telefonii komórkowej w pełni programowalną i znacznie bardziej ekonomiczną, programową alternatywą PC.

• Bardzo poważna nauka. Klastry wielordzeniowych procesorów Intela w CERN pozwolą odkryć tajemnice wszechświata, znacznie zwiększając wydajność aplikacji używanych w fizyce wysokich energii i umożliwiając szybkie przeniesienie kodu na nadchodzącą rodzinę intelowskich produktów opartych na architekturze Many Integrated Core (MIC).