Πειραματικό τσιπ με 48 πυρήνες παρουσίασε η Intel

Ερευνητές της Intel Labs παρουσίασαν έναν πειραματικό επεξεργαστή Intel 48 πυρήνων, ή "Υπολογιστή νέφους μεμονωμένου τσιπ" (single-chip cloud computer) ο οποίος επαναπροσδιορίζει πολλές από τις προσεγγίσεις που επικρατούν σήμερα όσον αφορά στον σχεδιασμό των φορητών υπολογιστών (laptops), των προσωπικών υπολογιστών και των διακομιστών (servers).

Το τσιπ από το μέλλον επιταχύνει περίπου 10 έως 20 φορές τις υπολογιστικές μηχανές που απαντώνται σήμερα στους πιο δημοφιλείς επεξεργαστές με την επωνυμία Intel Core.

Ο μακροπρόθεσμος στόχος της έρευνας είναι να προσθέσει απίστευτες δυνατότητες κλιμάκωσης στους μελλοντικούς υπολογιστές που θα πυροδοτούν εντελώς νέες εφαρμογές λογισμικού και επαφή μεταξύ ανθρώπου-μηχανής. Η εταιρεία σχεδιάζει να εμπλέξει τόσο τη βιομηχανία όσο και τον ακαδημαϊκό κόσμο το επόμενο έτος με την διανομή 100 ή περισσότερων από αυτά τα πειραματικά τσιπ για πρακτική έρευνα στην ανάπτυξη νέων εφαρμογών λογισμικού και προτύπων προγραμματισμού.

Παρόλο που η Intel θα περιλάβει βασικά χαρακτηριστικά σε μια νέα σειρά τσιπ με την ονομασία Core στις αρχές του επόμενου έτους και θα παρουσιάσει επεξεργαστές έξι και οκτώ-πύρινων αργότερα το 2010, το συγκεκριμένο πρωτότυπο περιέχει 48 πλήρως προγραμματίσιμους πυρήνες επεξεργασίας Intel, τους περισσότερους που υπήρξαν ποτέ σε ένα μόνο τσιπ πυριτίου. Περιλαμβάνει επίσης ένα υψηλής ταχύτητας δίκτυο on-chip για την ανταλλαγή πληροφοριών, παράλληλα με τις πρόσφατα ανακαλυφθείσες τεχνικές διαχείρισης της ενέργειας που επιτρέπουν και στους 48 πυρήνες να λειτουργούν αποδοτικά με ενέργεια μόλις 25 watt, ή με 125 watts όταν φτάνει στη μέγιστη απόδοση (περίπου τόσο όσο οι επεξεργαστές της Intel σήμερα και μόλις όσο δύο τυπικοί ηλεκτρικοί λαμπτήρες ενός νοικοκυριού).

Η Intel σχεδιάζει να αποκτήσει μεγαλύτερη γνώση όσον αφορά στον τρόπο προγραμματισμού και συντονισμού των πολλών πυρήνων αυτού του πειραματικού τσιπ για τα μελλοντικά τσιπ που θα παράγει ως εταιρεία. Για παράδειγμα, μελλοντικοί φορητοί υπολογιστές με δυνατότητα επεξεργασίας αυτού του μεγέθους θα μπορούσαν να έχουν "όραση" με τον ίδιο τρόπο με τον οποίο ένα ανθρώπινο ον μπορεί να δει τα αντικείμενα και την κίνηση καθώς συμβαίνει και με υψηλή ακρίβεια.

Φανταστείτε, για παράδειγμα, κάποια μέρα να έχουμε την δυνατότητα να αλληλεπιδρούμε με έναν υπολογιστή - για ένα εικονικό μάθημα χορού ή αγορές on-line - ο οποίος θα διαθέτει τρισδιάστατη κάμερα και όπου η οθόνη θα λειτουργεί ως "καθρέφτης" του εαυτό σας που θα δοκιμάζει τα ρούχα που σας ενδιαφέρουν. Θα μπορείτε να κάνετε στροφές και να βλέπετε τις πτυχές του υφάσματος και κατά πόσο το χρώμα ταιριάζει με τον τόνο του δέρματός σας.
Αυτού του είδους η αλληλεπίδραση θα μπορούσε να εξαλείψει την ανάγκη για πληκτρολόγια, τηλεχειριστήρια ή χειριστήρια ηλεκτρονικών παιγνιδιών. Ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι οι υπολογιστές μπορούν ακόμη και να είναι σε θέση να διαβάζουν τα κύματα του εγκεφάλου. Έτσι, απλά θα μπορούμε να σκεφτόμαστε μια εντολή, όπως υπαγόρευση ορισμένων λέξεων, και αυτή θα πραγματοποιείται χωρίς να χρειαστεί να μιλήσουμε.

Η Ιntel Labs έχει ονομάσει το συγκεκριμένο δοκιμαστικό τσιπ "Υπολογιστή νέφους μεμονωμένου τσιπ", διότι μοιάζει με την οργανωτική δομή των κέντρων δεδομένων που χρησιμοποιείται ώστε να δημιουργηθεί ένα "νέφος" υπολογιστικών πόρων στο Διαδίκτυο, ένας τρόπος παροχής υπηρεσιών σε εκατομμύρια χρήστες, όπως ηλεκτρονικές τραπεζικές συναλλαγές, κοινωνική δικτύωση και καταστήματα on line.

Τα κέντρα δεδομένων νέφους (cloud data centers) αποτελούνται από δεκάδες χιλιάδες υπολογιστές οι οποίοι συνδέονται μέσω φυσικού καλωδιακού δικτύου, κατανέμοντας μεγάλης κλίμακας έργα και τεράστια σύνολα δεδομένων παράλληλα. Το νέο πειραματικής έρευνας τσιπ της Intel χρησιμοποιεί μια παρόμοια προσέγγιση, αλλά όλοι οι υπολογιστές και τα δίκτυα είναι ενσωματωμένα σε ένα μόνο κομμάτι Intel 45nm high-k metal-gate πυριτίου στο μέγεθος ενός γραμματοσήμου περίπου, μειώνοντας δραστικά την ποσότητα των φυσικών υπολογιστών που απαιτούνται για την δημιουργία ενός κέντρου δεδομένων νέφους.

"Με ένα τσιπ σαν αυτό, θα μπορούσατε να φανταστείτε ένα κέντρο δεδομένων νέφους του μέλλοντος που θα είναι μεγαλύτερης ενεργειακής απόδοσης τάξης μεγέθους από ό, τι υπάρχει σήμερα, εξοικονομώντας σημαντικούς πόρους από άποψη χώρου και ενεργειακού κόστους", δήλωσε ο Justin Rattner, επικεφαλής της Intel Labs και Chief Technology Officer της Intel. "Με την πάροδο του χρόνου, αναμένω από αυτά τα εξελιγμένα πρωτότυπα να βρουν το δρόμο τους στις υπάρχουσες συσκευές, με τον ίδιο ακριβώς τρόπο που οι προηγμένες τεχνολογίες του αυτοκινήτου, όπως ο ηλεκτρονικός έλεγχος του κινητήρα (electronic engine control), οι αερόσακοι και το σύστημα αντι-εμπλοκής κατά την πέδηση (anti – lock braking) βρήκαν τελικά το δρόμο τους σε όλα τα αυτοκίνητα".

Οι Πυρήνες Επιτρέπουν στο Λογισμικό να διαχειρίζεται με ευφυΐα τα Δεδομένα για Αποτελεσματικότητα

Το πρωτότυπο τσιπ διαθέτει ένα δίκτυο υψηλής ταχύτητας μεταξύ των πυρήνων για την αποτελεσματική ανταλλαγή πληροφοριών και δεδομένων. Η τεχνική αυτή βελτιώνει σημαντικά τις επιδόσεις της επικοινωνίας και της ενεργειακής απόδοσης σε σχέση με το σημερινό μοντέλο του κέντρου δεδομένων, καθώς τα πακέτα δεδομένων πρέπει να μετακινηθούν χιλιοστά μόνο στο τσιπ αντί για δεκάδες μέτρα σε ένα άλλο σύστημα ηλεκτρονικών υπολογιστών.
Το πρόγραμμα εφαρμογής μπορεί να χρησιμοποιήσει το δίκτυο αυτό για να περάσει γρήγορα πληροφορίες, άμεσα μεταξύ των συνεργαζόμενων πυρήνων σε λίγα μικροδευτερόλεπτα, μειώνοντας την ανάγκη για πρόσβαση σε δεδομένα με πιο αργή off-chip μνήμη του συστήματος. Οι εφαρμογές μπορούν επίσης να διαχειρίζονται δυναμικά ποιοι ακριβώς πυρήνες πρόκειται να χρησιμοποιηθούν για το συγκεκριμένο έργο σε μια δεδομένη στιγμή, οι οποίοι ταιριάζουν με τις επιδόσεις και τις ενεργειακές ανάγκες που απαιτεί το καθένα.

Έργα που συσχετίζονται έχουν τη δυνατότητα να εκτελεστούν σε κοντινούς πυρήνες, ακόμα και περνώντας τα αποτελέσματα άμεσα από τον ένα στον άλλο, όπως συμβαίνει σε μια γραμμή συναρμολόγησης, ώστε να μεγιστοποιείται η συνολική απόδοση. Επιπλέον, ο έλεγχος του λογισμικού επεκτείνεται με την ικανότητα να διαχειρίζεται τάση και συχνότητα ρολογιού. Οι πυρήνες μπορούν να ενεργοποιούνται ή να απενεργοποιούνται, να αλλάζουν το επίπεδο των επιδόσεων τους, προσαρμοζόμενοι συνεχώς ώστε να χρησιμοποιείται η ελάχιστη απαιτούμενη ενέργεια σε κάθε δεδομένη στιγμή.

Ξεπερνώντας τις Προκλήσεις του Λογισμικού

Ο προγραμματισμός επεξεργαστών πολλαπλών πυρήνων αποτελεί γνωστή πρόκληση για τη βιομηχανία καθώς οι κατασκευαστές ηλεκτρονικών υπολογιστών και λογισμικού κινούνται προς την κατεύθυνση των πολλών -πυρήνων σε ένα μόνο τσιπ πυριτίου. Το πρωτότυπο επιτρέπει δημοφιλείς και αποτελεσματικές προσεγγίσεις παράλληλου προγραμματισμού που χρησιμοποιούνται στα λογισμικά των βάσεων δεδομένων νέφους να εφαρμόζονται σε ένα και μόνο τσιπ. Ερευνητές από την Intel, την HP και το Open Cirrus της Yahoo έχουν ήδη αρχίσει να πειραματίζονται σε εφαρμογές νέφους σε αυτό το τσιπ 48 πυρήνων της Intel χρησιμοποιώντας Hadoop, ένα λογισμικό πλαίσιο Java το οποίο υποστηρίζει κατανεμημένες εφαρμογές έντασης δεδομένων, όπως κατέδειξε σήμερα ο κ. Rattner.

Η Intel σχεδιάζει να κατασκευάσει 100 ή περισσότερα τσιπ για πειραματική χρήση από δεκάδες συνεργάτες της σε όλο τον κόσμο στη βιομηχανία και την ακαδημαϊκή κοινότητα στον τομέα της έρευνας με στόχο την ανάπτυξη νέων εφαρμογών λογισμικού και πρότυπα/μοντέλα προγραμματισμού για μελλοντικούς επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων.

"Η Microsoft συνάπτει συνεργασία με την Intel με στόχο να εξερευνήσει νέες αρχιτεκτονικές υλικού και λογισμικού που θα υποστηρίζουν τον πελάτη της επόμενης γενιάς συν εφαρμογές νέφους", δήλωσε ο Dan Reed, εταιρικός αντιπρόεδρος της Extreme Computing της Microsoft. "Η έγκαιρη έρευνα μας με τον υπολογιστή νέφους μεμονωμένου τσιπ έχει ήδη εντοπίσει πολλές ευκαιρίες στην έξυπνη διαχείριση των πόρων, τον σχεδιασμό συστημικού λογισμικού, τα μοντέλα και τα εργαλεία προγραμματισμού, και τα μελλοντικά σενάρια εφαρμογής".

Αυτό το ορόσημο αποτελεί το τελευταίο επίτευγμα του Tera - scale Computing Research Program της Intel, που αποσκοπεί στην κατάλυση των εμποδίων για την παραγωγή μελλοντικών τσιπ με 10s-100s πυρήνες. Δημιουργήθηκε από κοινού από την Intel Labs στα ερευνητικά κέντρα της στην Bangalore (Ινδία), Braunschweig (Γερμανία) και Hillsboro, Ore (ΗΠΑ). Λεπτομέρειες για την αρχιτεκτονική και τα κυκλώματα έχουν προγραμματισθεί να παρουσιαστούν σε σχετική ανακοίνωση στο International Solid State Circuits Conference τον Φεβρουάριο.