VYSOKÁ ŠKOLA BÁŇSKÁ TECHNICKÁ UNIVERZITA OSTRAVA FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A INFORMATIKY REFERÁT Z PŘEDMĚTU POKROČILÉ ARCHITEKTURY POČÍTAČŮ Představení procesorů od firmy Tilera a jejich architektura Školní rok Bc. Michael Korvas 2008/2009 KOR 200
O společnosti Společnost Tilera vznikla v říjnu roku 2004 v USA ve státě Kalifornia. Do svého začátku na vývoj procesorů získala více než 40 miliónů dolarů z fondů rizikového kapitálu (Bessemer Venture Partners, Columbia Capital, Walden International) a také od výrobce procesorů Taiwan Semiconductor Manufacturing. Firma se postarala o malou revoluci ve světě mikroprocesorů když v srpnu roku 2007 představila na konferenci Hot Chips v Kalifornské Santa Clare historicky první univerzální 64-jádrový 32-bitový mikroprocesor pod názvem Tile64. V době kdy uvedení tohoto mikroprocesoru firma zaměstnávala 64 vědeckých pracovníků a vlastnila 40 patentů týkajících se vícejádrových procesorů. Držitelem rekordu v počtu jader byl do té doby procesor Vega 2 od firmy Azul, který byl však určený výhradně pro aplikace vytvořené na platformě Java. Zajímavostí také je, že ve stejné době nabízela firma Intel maximálně čtyřjádrové mikroprocesory. Procesor Tile64 Kořeny projektu tohoto procesoru sahají do delší historie než je historie samotné firmy, protože byl založen na konceptu jiného staršího vědeckého projektu z Massachusetts Institute of Technology. Tento mikroprocesor, stejně jako jeho dva nástupcové se nikdy neobjeví na žádném běžném domácím počítači z více důvodů. Jedním z nich také je fakt, že není postaven na architektuře x86, takže na něm není možné rozběhnout operační systém Windows. Procesor podle vyjádření firmy určen primárně na použití v inteligentních sítích, kde s pomocí softwaru dokáže simultánně přenášet pakety hlasových dat a současně provádět jejich kontrolu a také v oblasti digitálních multimedií, speciálně na multimedia s vysokým rozlišením. To pravé uplatnění tedy najdou procesory Tile64 na serverech a pracovních stanicích určených pro práci se síťovými daty a zpracováním videa. Jak už bylo zmíněno procesor disponuje 64 jádry, která jsou rozestavena do matice 8x8. Každé z jader má vlastní L1 cache o velikosti 8Kb a L2 cache o velikosti 64Kb. Všechna jádra jsou propojena pomocí switchů do jedné sítě, která se nazývá imesh. Díky tomu mají jednotlivé jádra přístup k cache i od jiných jader, což vytváří jakousi virtuální distribuovanou
L3 cache. Na druhé straně je však každé jádro schopné provozovat svůj vlastní operační systém. Jednotlivá jádra lze také v případě nevyužívání přepínat do úsporného režimu. Spotřeba jednoho jádra je od 170 do 300mW, což na celý procesor dává asi 20W. Vzhledem k tomu, že je procesor 32 bitový, je schopen za jednu sekundu vykonat až 192miliard operací. Co se týká přenosové kapacity v rámci procesoru je tato kapacita až 27 terabitů za sekundu, přenosová kapacita procesoru s jeho okolím a pamětí je až 50 gigabitů za sekundu. Mimo jádra a jednotlivé cache procesor obsahuje čtyři DDR2 paměťové řadiče (podobně jako procesory od AMD), dále dvě 10gigabitová ethernetová rozhraní (MAC nebo PHY), dvě gigabitová rozhraní, PCI Express Mac/PHY(2x4) a Flexible I/0. Procesor se vyrábí ve více variantách s o různých frekvencích a výbavách, nejnižší varianta funguje na 600Mhz, střední na 750Mhz a nejvýkonnější verze je na celých 900Mhz. Procesor je postaven na jinak docela málo používané architektuře VLIW (Very Long Instruction Word). Architektura mikroprocesoru vyžaduje programování, které přímo rozloží úlohu na více paralelních úloh a to nejlépe s přímým rozmístěním na jádra, aby nedocházelo k zbytečně neefektivní komunikaci. Na procesor je portovaný Linux a k dispozici jsou také nástroje na kompilaci programů v jazyce C. Překompilovat je pro mikroprocesor možné jakýkoliv software, který pracuje na Linuxu na jakékoliv jiné architektuře. K dispozici je také softwarem řízené API pro efektivní využívání jednotlivých jader. Co se týká ceny procesoru, firma po jeho uvedení na trh požadovala cenu od 435 dolarů za jeden kus při odběru minimálně 10 000 mikroprocesorů
Schéma procesoru Tile64 Firma rovnou vytvořila i jedno hotové řešení na TILE64 procesoru postavené. Jde o kartu do PCI Express 4 slotu. Procesor na ní běhá na 750 MHz, osazena je 2,5 GB DDR2 pamětí a podle varianty šesti, nebo dvanácti gigabitovými ethernety (připojené k jednomu XAUI) plus ještě jedním XAUI 10gigabitem.
Tzv. Mezzanine konektor, kam vede i Flexible I/O a druhé PCI Express 4 rozhraní, je určen pro připojení dalšího hardwaru (jiné specializované koprocesory), případně i další takovéto karty, čímž se dá výkon ještě škálovat. Celá karta má mít typickou spotřebu 35 W a napájí se jedním harddiskovým Molexem. Blokové schéma karty Další příklady řešení při použití procesoru Tile64 Použití na serveru pro streamování videa:
10Gbps In-Line služby Procesor TILE64 může sloužit pro obsluhu in-line, 10Gbps L4-L7 aplikací. Tabulka údajů od výrobce
Procesor TilePro64 Jedná se o přímého nástupce procesoru Tile64. Na trh by se měl dostat společně s levnější verzí TilePro64 koncem roku 2008. Výrobce slibuje zvýšení výkonu oproti Tile64 až na dvojnásobek výkonu. Rapidní zvýšení výkonu bude doprovázeno také mírným zvýšením spotřeby až na 23W. Zvýšení výkonu by mělo být hlavně díky zdvojnásobení L1 cache na každém jádru a zdvojnásobením asociativity s L2 cache a logiky pro komunikaci podporující cache. Rychlost komunikace v rámci procesoru se zvyšuje z 27 na 37 Tbps. Procesory budou pracovat na frekvencích od 700 do 860MHz. Procesor je určen socketu BGA 1517. Schéma procesoru TilePro64 Tabulka údajů od výrobce
Procesor TilePro32 Tento procesor se má dostat společně s procesorem TilePro64 na trh jako jeho levnější verze. Oproti procesorům Tile64 a TilePro64 obsahuje pouze 36 jader a bude běžet jen na frekvenci 500Mhz. Bude mít v sobě 3 integrované řadiče paměti DDR2 a bude se prodávat asi o polovinu levněji než TilePro64 cca. 500 dolarů za kus. Tento procesor se bude používat všude tam kde není potřeba takový výkon jako u TilePro64 za cenu podstatné úspory finančních prostředků. Schéma procesoru TilePro32
Tabulka údajů od výrobce Použité zdroje - www.tilera.com - www.cdr.cz - www.itnews.sk - www.pcworld.cz