پردازنده 48 هسته‌ای اینتل
اشاره :
در این مقاله قصد داریم، به مهمترین مسائل در خصوص معماری این پردازنده 48 هسته‌ای، بپردازیم.
مقدمه
در حال حاضر، پردازنده‌های فعلی بازار کامپیوترهای شخصی، 2 یا 4 هسته دارند. برای مثال سری Core i5 اینتل، 4 هسته واقعی دارد که هر هسته توانایی پردازش یک Thread را در لحظه دارد. یعنی از دید سیستم‌عامل هم، یک پردازنده 4 هسته‌ای است. ولی سری Core i7، 4 هسته واقعی دارد، ولی هر هسته توانایی پردازش دو Thread را در لحظه دارد. بنابراین از دید سیستم‌عامل، یک پردازندۀ 8 هسته‌ای محسوب مي‌شود. اینتل و رقیب دیرینۀ آن، AMD، هر دو در سال 2010، پردازنده‌های 6 هسته‌ای خود را روانه بازار خواهند کرد و حتی بخشی از عملیات گرافیکی را نیز درون خود پردازنده انجام خواهند داد.
چندی پیش، بخش تحقیقات شرکت اینتل اعلام کرد که می‌تواند حداکثر تا 100 هسته را در یک پردازنده سیلیکونی، جای دهد. در سال 2007، این شرکت پردازنده‌ای 80 هسته‌ای (Polaris) را به نمایش گذاشت که بعد از 2 سال، شرکت تیلرا توانست با عرضۀ یک پردازنده 100 هسته‌ای رکورد اینتل را بشکند.
شرکت NVIDIA نیز کمي‌قبل، از پردازنده گرافیکی خود با 512 هسته پرده‌برداری کرده است که قرار است در امسال (2010) به بازار بیاید.
به تازگی شرکت اینتل از طرح جدید خود برای تولید چیپ پردازندۀ جدیدی خبر داد که 48 هسته پردازنده را در اندازۀ یک تمبر پستی جای داده است. این پردازنده، محتوی 1.3 میلیارد ترانزیستور بوده و هر هستۀ آن، از نظر تئوری می‌تواند یک سیستم‌عامل جدا را اجرا کند.
جاستین راتنر، رئیس دفتر تکنولوژی اینتل مي‌گويد: "به مرور زمان، این مفهوم جدید پردازنده، به ابزاری عادی بدل خواهد شد و سیستم‌های کنترل بلادرنگ (Real Time) در همه نقاط زندگی بشر به کار خواهد آمد".
48 هسته در يک بسته!
به تازگی پژوهشگران شرکت اینتل، از پردازنده‌ای 48 هسته‌ای (شامل 48 هستۀ پردازشی مجزا و غیروابسته به هم)، بصورت آزمایشی پرده‌برداری کردند.
پردازنده 48 هسته‌ای شرکت اینتل، SCC نام دارد. SCC سرواژه کلمات
Single-Chip Cloud Computer به معني "کامپیوتر ابری تک پردازنده" است. دلیل انتخاب این نام برای پردازنده جدید اینتل، این است که به راحتی می‌توان از آن در دیتاسنترها برای انجام محاسبات ابری، ارائه سرویس‌هایی مثل بانکداری الکترونیکی، شبکه‌های اجتماعی، خرید و فروش آنلاین و همچنین انجام پردازش‌های موازی قدرتمند، استفاده نمود.
دیتاسنترهای ابری (Cloud)، شامل ده‌ها تا صدها کامپیوتر هستند، که بوسیلۀ شبکه کابلی به یکدیگر متصل شده‌اند و در آنها حجم زیادی از کارها و داده‌های بزرگ، آن هم به شکلی موازی، توزیع می‌شوند. در حقیقت، پردازندۀ آزمایشی جدید اینتل نیز همین خط مشی را دنبال می‌کند (مجتمع کردن کامپیوترها و شبکه‌ها، بر روی یک قطعۀ چیپ 45 نانومتري).
با بکارگیری این راه‌حل اینتل، حجم انبوهی از کامپیوتر های فیزیکی مورد نیاز برای ایجاد یک دیتاسنتر ابری، کاهش مي‌یابد، که این مسئله، مزیت‌هایی از جمله صرفه جویی اقتصادی، فضایی و انرژی را در پی خواهد داشت.
این پردازنده، از 24 Tiles دو هسته‌ای تشکیل شده است (24 x Dual-Core). چون پردازنده با 24 عدد بخش مجزا که شبیه به کاشی هستند، پوشیده شده، از اصطلاح Tiles استفاده شده است. در واقع می‌توان این طور عنوان کرد که هر کاشی، توانایی اجرای 2 Thread را بطور همزمان دارد است (به دلیل تشکیل شدن هر کاشی، از 2 هستۀ مجزا). بنابراین، در اینجا واقعاً با یک پردازنده 48 هسته‌ای سروکار خواهیم داشت (در حقیقت، 48 هسته بر مبنای معماری شرکت اینتل، یعنی IA-32).
همانطور که در شکل 1 مشاهده مي‌کنید، چیپ SCC، شامل 4 عدد کنترلر حافظه DDR3 است. در واقع، به ازای هر 6 عدد Tile، یک کنترلر حافظه، تعبیه شده است که مي‌تواند تا 64 گيگابايت حافظۀ DDR3 را آدرس دهی کند.
در پردازندۀ SCC ارتباط هر 2 هسته در یک Tile، توسط Message Buffer مديريت مي‌شود.
همچنین با استفاده از Routerها، امکان ارتباط یک Tile، با سایر Tile ها نیز، مهیا شده است. در حقیقت، این پردازنده شامل یک شبکه مشبک (Mesh Network) قوی و با سرعت بالا و پهنای باند 256 GB/s بر روی Die است، که امکان برقراری ارتباطی سریع بین Tileها را مهیا مي‌سازد.
نکتۀ جالب دیگر، طراحی کارآمد و موثر توان مصرفی پردازنده است، که این امکان را مي‌دهد تا هر Tile، در فرکانس متفاوتی از سایر Tileها، اجرا شود. در یک نگاه کلی، در این پردازنده 6 بانک وجود دارد (شکل 2)، که هر کدام حاوی 4 عدد Tile است و هرکدام از این بانک‌ها نیز مي‌توانند تحت ولتاژ متفاوتی کار کنند.
این پردازنده، از 1.3 میلیارد ترانزیستور تشکیل شده و اندازه آن، 567 میلیمتر مربع است در حالی که پردازنده 4 هسته‌ای شرکت اینتل (Corei7)، شامل 781 میلیون ترانزیستور بوده و اندازه Die آن، 300 ميليمتر (معادل 12 اینچ) است.
توان مصرفی اعلام شده توسط اینتل برای پردازندۀ SCC، بین 25 تا 125 وات است. در حقیقت، پردازنده در بیشترین کارایی خود، 125 وات مصرف مي‌کند که با داشتن 48 هستۀ پردازشی واقعی، مصرف بهینه‌ای محسوب مي‌شود در حالی که این مقدار در Corei7، با 4 هسته حدود 130 وات است.
در نگاه اول، به نظر مي‌رسد که این حرکت اینتل (تولید SCC)، یک حرکت انقلابی است، در حالی که این گام، تنها یک حرکت تکاملی در جهت تولید پردازنده‌های چند هسته‌ای بوده و یکی از مهمترین اهداف در این زمینه، انجام سریع‌تر پردازش‌ها و بطور کلی محاسبات موازی و همچنین محاسبات ابری، است. به عقيده بسياري از کارشناسان اين پردازنده مي‌تواند تحولي بزرگ در سخت‌افزار ديتاسنترها بوجود آورد و توان مصرفي را به ميزان قابل توجهي کاهش دهد.
طبق بررسی های انجام شده، پردازندۀ 48 هسته‌ای اینتل، حدوداً بین10 تا 20 برابر قوی‌تر از پردازنده‌های محبوب 2 و 4 هسته‌ای فعلی بازار است. همچنین، همانطور که عنوان شد با توجه به قابلیت فرکانس و ولتاژ دینامیک پردازنده، SCC از نظر مصرف انرژی نیز نسبت به مدل‌های فعلی، بسيار بهینه‌تر است. نکتۀ قابل توجه اینکه، هر کدام از هسته‌های چیپ SCC، مشابه پردازنده‌های کم مصرف (Ultra Voltage) این شرکت است که امروزه در نِت‌بوک‌ها از آنها استفاده مي‌شود (پردازنده‌های اتم) .
به گفتۀ جاستین راتنر رئیس دفتر تکنولوژی اینتل، این پردازنده‌ها (SCC) نیز همانند سایر پردازنده‌های تولید شده توسط اینتل، کاملاً با برنامه‌های کامپیوتری سازگار هستند. اين پردازندۀ 48 هسته‌ای، نرم‌افزار‌های استاندارد را اجرا خواهد کرد. به دلیل استفاده از هسته‌های x86 معمولی قادر خواهند بود سیستم‌عامل‌های متداول معمولی از جمله ویندوز و لینوکس و همچنین تمام برنامه‌های کاربردی سازگار با معماری x86 را اجرا کنند.
در این راستا، مایکروسافت نیز اعلام کرد که این پردازندۀ اینتل را در صف توسعه خود قرار مي‌دهد تا در آینده نزدیک، هماهنگی کاملی با این پردازنده داشته باشد. به گفته یکی از مسئولین مایکروسافت، اینتل و مایکروسافت در حال معرفی معماری‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری جدیدی برای پشتیبانی از نسل‌های بعدی برنامه‌های کاربردی مربوط به محاسبات ابری هستند.
در شکل 3 نمونه آزمایشی یک سیستم با پردازندۀ SCC و 16 گيگابايت حافظۀ رم از نوع DDR3(ا8 عدد رم 2 گيگابايتي از نوع DDR3) را مشاهده مي‌کنید.
فهرست منابع:
