IBM Cell – procesor budoucnosti

Tento clanek jsem uz videl pred rokem, od te doby se nic nezmenilo. Nevim co to ma byt za reklamu na neexistujici vec. PlayStation III si u nas nekoupite jeste minimalne dva roky a bojim se ze se zadne zazraky dit nebudou. Ono uz i Carmark rekl o cellu ze bude rad kdyz bude mit alepon polovicni vykon soucasnych desktopovych procesoru

Na to, že článku je pár měsíců, je to úspěch, že jste jej viděl už před rokem

Carmackovi nesmíš věřit vše co řekne.Kdysi řekl,že Doom 1 na Amize nepojede.Za nějaký čas jsem Dooma na Amize hrál a běžel skvěle.Možná je výborný programátor,ale nevidí za hranice x86 architektury.

Sice jsem na Cell zvědavý už skoro rok, ale zatím mi to přijde jako spíš zklamání a to s ohledem na to, že stále není normální platforma na které by to běželo (třeba s linuxem).
Osobně považuji za potenciální problémy:
1) nesouměrnost mezi PPE a SPE. Programátor bude muset programovat tak, aby kód byl "co nejlépe" rozložitelný a zároveň dostatečně obecně na to, aby jeho kód byl použitelný i na "standardních" platformách. I tak to ale bude velký tradeoff a otázkou je, jestli to vůbec půjde.
2) málo paměti. V článku se to nezmiňuje, ale zatím to vypadá, že současné řešení paměťové sběrnice umožňuje max 256MB RAM, což sice může stačit na PS3, ale pro normální platformu to je málo.

Pravidlo 20:80. Myslim si, ze pujde nasadit i zde, mozna i ve vetsim pomeru, tak 5:95. Tedy jen 5% kodu pobezi na SPE, 95% na PPE. Ale pro spocitani tech 5% by PPE potreboval vykon 500%. Jen strilim od boku... SPE jednotky jsou specialne nabvrzeny jen pro urcity druh kodu. Vetsina aplikace pobezi na PPE a SPE budou zpracovavat jen specialni ulohy, prevazne vypoctu grafickeho charakteru, kodeky, atd. Berte to jako FPU a CPU. FPU je dobry pro praci s realnymi cisly, pokud potrebujete neco spocitat, vyrazne ulehci CPU. Pokud vase aplikace FPU nepouziva, tak nic nezrychlite.

Mozna jeste jine vysvetleni. Fantaziruji, podlozeno jen zkusenosti a zadnymi fakty... MMX instrukce. To byl prvni pokus pridat DSP vlastnosti do beznych x86 procesoru. MMX jsou instrukce navrzene pro zpravcovani videa, zvuku, atd, proste DSP instrukce pro zpracovani digitalnich toku dat, vyrazne urychli treba vypocet digitalnich filtru, atd.

Cell ma hlavni procesor, a ten ma k dispozici nekolik DSP procesoru, takze PPE nemusi ztracet cas vykonem "MMX" instrukci; misto toho nachysta do bufferu data, nahraje do SPE kod, naprogramuje DMA a spusti narocny vypocet na SPE. Zatimco SPE pocita, PPE se venuje jinym uloham. Po chvili PPE zkontroluje, zde SPE vypocet dokocil a prevezme zpracovana data a spusti dalsi ulohu anebo preprogramuje SPE pro jinou ulohu.

Pokud nekdo rozumi Cell architekture, tak by jsem rad vedel, zda je tato predstava realna anebo to pracuje uplne jinak...

Ano bude to pracovat zhruba nejak tak. Navyse si SPE budu moct predavat ciastkove vysledky, takze napriklad vystup jedneho algoritmu moze byt pouzity ako vstup do druheho. Neviem vsak, aka velka bude potrebna rezia zo strany PPE, na tolko som to zas nestudoval :) Predpokladam ze to ale nebude strasne. Samozrejme, pokial by sme chceli pollovat dokoncenie operacie, tak to bude stat vela. Ak vsak vhodne zretazime viacero uloh, je celkom mozne, ze to bude pre PPE zadarmo. Uplne krasny priklad pouzitia je v hre celkom bezna pipeline: CPU ->>> generovanie particles -> detekcia kolizii (fyzika) -> transformacia suradnic do view space (ak to neurobi GPU) ->>> GPU

cell je vhodny pro hry a vedecke vypocty. pro napsani dopisu ve vordu stale dostacuje 486, win95 a nejaky writepad. smp bylo o nekolik desitek let drive nez ppro, navic ppro urcite nebude mezi bfu nejznamejsi. to, ze ten vykon nevyuzijete vy, jeste neznamena, ze je to k prdu. melete neco o SIMD, ale bfu nevysvetlite, co to je. takova niagara ma osm jader, navic kazdy dokaze zpracovavat 4 vlakna, takze se to systemu hlasi jako 32jadrovy procik a tudiz je z hlediska clanku o hodne zajimavejsi. clanek stoji za prd, nevidim na klavesnici, jdu spat!

4vlakna ? ale realne bezi stejne jenom jedno/na jadro ne ? tam pujde spis o to ze procesor nema rezii s prepinanim vlaken ze ?
tam kde je realne vic jader bude i vyssi vykon, nejake prestirani jader nic nevypocita

To je slozitejse. Vlakno na takovem CPU (btw, hyperthreading na P4 je skoro totez) sice bezi jedno, ale kazdou chvili se zastavi, protoze musi na neco cekat (na data z pameti a tak). A to je okamzit kdy se spusti to dalsi vlakno. Cili skutecne se timhle predstiranim muze vypocitat neco na vic, protoze se vyuziji "prostoje".

Veru tak. Problemom dnesnych cpu su hlavne tie "prostoje". Takyto procesor dokonca nemusi obsahovat ani branch predictor, jednoducho sa stallovanie v threade vyuzije na spracovanie ineho. Takato platforma je pre servery s desiatkami beziacich threadov uplne idealna :)

odbornika lze poznat na prvni pohled

narozdil od nekterych demonu a veziru neznam vsechno, tebe uz jsem potkal jinde a byl jsi drzejsi a sprostejsi co se deje ??

zajimavy je, ze nejvic kecu maj ti, co toho nejmin vedej a omlouvaj se  style m "nemuzu vedet vsechno" furt je lepsi bejt sprostej nez prostej

zajímavý názor
dobře, odkud se vzal vesmír vezíre ?

Hlavně, že ty jsi to tu krásně vysvětlil...

Ta niagara je docela zajímavá: http://www.zdenda.com/niagara-t2000

vzasade vsechny unix based systemy podporuju multiprocesoring a vetsina aplikaci to umi vyuzit a kdyz primo aplikace tak system "rozhazuje" procesy mezi procesory, u cell arch. to bude fungovat stejne (kdyz ne stejne tak velmi podobne), pri udavane cene PS3 (ktera sice jeste nevysla ale je na ni portovany linux) cca 10000 by s toho bych docela pekny mensi server s docela solidnim vykonem. A to jeste nemluvim o tom jake to bude az se budou prodavat "PC" postavene na CELL arch.

Mateni dojmu.

OSy (Unixy, Linux, Win32) skutecne podporuju multiprocessing, ale Cell NENI multiprocesor v tomto smyslu - podporovan je pouze multiprocessing stejnych procesoru.

Cell je vlastne jeden procesor se 7 specializovanymi koprocesory.

Tento clanok je plny polopravd a zahmlievani, takze len tak na upresnenie:

1. SPE nie su orezane jadra PowerPC procesora, maju uplne odlisny instrukcny kod a su pren uplne samostatne kompilatory.
2. SPE ma 128 bitove registre, ale pocita bud v 32 bitovej presnosti (4xfloat), alebo v 64 bitovej presnosti (2xdouble) a nie v 128 bitoch.
3. VMX-128 je pouzity v XBOX360 (xenon cpu), nie v Cell (to je hodne velke faux pass). Hoc su pouzite Power procesory velmi podobne a oba od IBM, su v nich drobne rozdiely.

Cell architektura je vskutku zaujimava. Klucovu ulohu v nej vsak hra okrem lokalnych pamati, hlavne DMA system. To je prave alfa a omega celeho systemu, kedy sa dokazu hardwarovo plnit jednotlive SPE jednotky zadanymi ulohami a datami. Funguje to pri zjednodusenom pohladne podobne ako pixel / vertex shadery v sucasnych GPU. Programator napise iba jeden shader program, ten sa vsak dokaze vykonavat paralelne na vsetkych dostupnych vypoctovych jednotkach nad zadanou mnozinou dat (pixelov / vertexov). Podobne aj v cell-i, sa programator nebude musiet starat o to, v kolkych jednotkach sa mu jeho kod vykona (zvycajne sa totiz spracuva jednym algoritmom viacero 'balikov' dat). Kod SPE moze byt vsak na rozdiel od GPU daleko obecnejsi, takze popri pocitani fyziky, moze prebiehat paralelne mixovanie zvuku, vypocet AI a pod :)

Ucite je to jedna z najzaujimavejsich architektur, co v poslednej dobe vznikli. Avsak zo sprav, co prenikli od vyvojarov hier, je velkym problemom dlha pipeline :) Takze to asi nebude az take ruzove, alebo minimalne, to bude vyzadovat trosku iny pristup pri programovani...

Výrobně náročný drahý čip s vysokou spotřebou a navíc v praxi téměř nevyužitelný. Je sice úchvatné, že to má tolik GFLOPS, ale k čemu mi to je, když to má v podstatě jen jedno jádro a zbytek jsou jakési vektorovací jednotky, pro které není využití? Tohle žádný převrat není, jen mnoho povyku pro nic.
To opravdu nikoho ze Sony, Toshiba a IBM nenapadlo, že si vytvořili jakýsi hezký papírový produkt, pro který ale s největší pravděpodobností nikdy nebude takový software, který by ho využil na 100 % ?  Proč při uvedení XBOXu 360 s tříjádrovým procesorem 95 % her pro něj pracuje pouze s jediným jádrem? Asi to má svůj důvod... a není jím nic jiného než "prachy". Kdo by taky ty programátory za nadbytečnou práci způsobenou neschopností výše zmíněných firem navrhnout rychlý single-core platil?

No spíš si myslím, že ty prachy jsou jinde. Nevím, jestli to tak opravdu je, že je prozatím využíváno u Xboxu jen jedno jádro ze tří, ale jestli ano, tak je důvod jednoduše ten, že je prostor pro dělání čím dál lepších her. Když si vzpomeneš, tak na PS2 je ten vzestupný trend "kvality" aplikací (her) docela zřetelný.

Kazdopadne to je procesor tak max pro gamesy pripadne jina multimedia, nikoliv pro stolni pocitace.

No, viem si predstavit na tom pocitat napriklad fyziku a umelu inteligenciu. Tiez to moze mat vyuzitie pri sifrovani, takze od pracovnych stanic k desktopom nie je az tak daleko. Tak ako dnes vlastne plytvame kremikom, ked nam ide office na 64 bitovych cpu, tak budeme o par rokov plytvat este viac :)

Ja myslim, ze vyuziti by bylo mraky. U klasicke kancelarske praci by se vykon nevyuzil, ale jakmile se pusti hra, jakakoliv komprese, pocitani videa ci audia nebo treba 3D rendering, pocitac se hned nezadycha. Takze idelani pro narocnejsi pocitace, renderovaci farmy, pro kazdeho, kdo pari hry, grabuje video atd.
Jediny hacek je v softu a v zkostnatelem trhu

Ja si zase myslim ze podobna myslenka ma smysl i pro bezne PC. Dnes se montuje draha a vykonna graficka karta. Pokud pouzijete Cell, staci Vam opet obycejna grafika, 3D vypocty opet zvladne hlavni procesorr. A te je zrejme ten duvod, proc se Cell dava do hernich konzoli. Mate o chladic min, a jste flexibilnejsi, protoze ty "koprocesory" nemusite pouzit jen na grafiku, ale muzete je zamestnat i jinak (multimedia, kryptografie, vedecke vypocty, filtrovani dat, atd).

Z popisu Cell procesoru na internetu jsem pochopil, ze ta pridavana jadra (SPE) jsou vlastne DSP procesory, ale autor clanku pise, ze to jsou orezana PPC jadra. To me hodne mate.

DSP (Digital Sound Processing)? Rozhodnie nie. To, ci ide o orezane PPC, alebo maju inu instrukcnu sadu, neviem. SPE su vsak rozhodne univerzalne jadra (mozes ich naprogramovat akokolvek, ako bezny procesor). Orezane su napriklad v tom, ze pristup do pamate nejde priamo ale cez internu zbernicu procesora (afaik ~200GB/s), maju vlastnu velmi okresanu pamat 256kb. Ich vyuzitie je myslene ako 'prietokovy ohrievac': cez nejaku alternativu DMA sa im narvu data, oni ich spracuju a cez DMA sa poslu dalej - idealne pre pre/postprocessing videa, dekompresiu videa a zvuku, apod.
Ad vypnuty SPE: Cell je 1 PPC + 8 SPE, lenze kvoli lacnejsej vyrobe sa za funkcny Cell bude povazovat aj Cell, ktory ma niekolko SPE nefunkcnych (resp., neprejdu testami) - to vyplyva z toho, ako sa vyrabaju procesory. Niekde som cital, ze na PS3 sa dokonca uvazuju Cell s 1PPC+4SPE (cize tie radoby-odpadove).

Stara Blazkova, DSP sa po slovensky cita "Digital Signal Processing" ... kdeze je ten tvoj sound ? .

Právě naopak. Využití by bylo spousty. Jen aplikací je málo a spousta programátorů píše jako prasata (ono to vzhledem k vývojářským nástrojům mnohdy tedy ani jinak nejde.) Ostatně na thready lze vyčlenit spousta nezávislých činností v aplikaci, ale současnost je taková, že vše probíhá v jedné frontě požadavků. Ach jak by bylo kouzelné, kdyby spellchecker pracoval na druhém procesoru, to samé pro zvýraznění syntaxe u programovacích jazyků. Další procesor by uživila hlasová analýza a převod na text při psaní do kancelářské aplikace, ... Těch možností využití je spousta. Nehledě na to, že v okamžiku, kdy se přejde od Von Neumanova principu programování k jiným, založeným na principech umělé inteligenci, případně datových tocích, hned jste úplně někde jinde. Tam využijete procesorů klidně tisíce a více. Jen to bude složitější na programování a pochopení logiky.

Co je na něm nevyužitelné? Je to prostě vektorové single float chroustadlo optimalizované na grafiku. Cell je především architektura, tohle je první produkt. Nedivil bych se, kdyby Pixar časem pro PRMan pořídil Cell cluster, pokud vím, PRManovi by měly stačit stačí single floaty.

Fakt je to len single precision float ? Tak to na fyziku asi moc nebude...

Mě by se třeba líbilo kdybych něco takového měl na akceleraci fyzikálních výpočtů ve hrát, zatím se auto při nárazu buď nerozbije vůbec a nebo se jen model "prohodí" za zdeformovaný, s tímhle by se ta deformace mohla počítat realtime a auto by šlo třeba pěkně omotat kolem kandelábru  o "množivých" efektech ani nemluvě ty dneska nikdo ani nepoužívá protože by se hra okamžitě zastavila = rozsekání něčeho na spoustu kousků které dále kolidují mezi sebou a okolím, stovky složitých a detailních kolizí kde je HODNĚ co počítat, zatím se toto obchází tak že se na kolize použije zástupný kulovitý objekt (jedna souřadnice koule je ze všech stran stejná) pro urychlení a po určitém spomalení pohybu se objekt radši rychle vymaže ze scény
Ale stejně, pokud by se něco takového mělo nějak rychle rozšížit bylo by záhodno zavést nějaké DirectX-Fyz  nedokážu si představit že by si každý našprtal obsluhu takového složitého čipu a ještě k tomu psal výpočtové rozhraní.
Ještě k tomu single core, single core nikdy nebu tak rychlý jako nový moulticore, hlavně pak někde kde je potřeba hodně paralelních výpočtů, možná by stálo mít za to nějaký procesor jenom na fyzikální výpočty těmi se to v nových hrách totiž jenom hemží, třeba vodu single corem nikdy neuděláš, i při velkém zjednosušení máš v v průměrném kýblu k milionu částic které musíš "skolidovat" vzájemně mezi sebou (nedejbože s kýblem nebo při vylití s předměty) a to ještě zopakovat nejlíp 60-100x za sekundu, i při segmentaci prostoru jsou to miliardy kolizí což ti nespočítá žádný singl proc.

"možná by stálo mít za to nějaký procesor jenom na fyzikální výpočty těmi se to v nových hrách totiž jenom hemží"
Třeba něco jako PhysX?

ano, ale nevím jak moc je physx výkonný
Umožní to například plně zničitelné prostředí ve hrách, nebo reálné efekty počasí a částicové efekty, jako je třeba bahno v rally závodech a tak podobně
Na tohle bude stačit určitě a bude to fičet, ale tu vodu bych neviděl reálně, to by nikdo ani neprocpal přeze sběrnici. Dokonce si myslím že takové "masivní efekty" si vyžadují změnu architektury PC ---> naroubování nějakého výkonného Paralel čipu přímo k hlavní paměti a CPU, univerzální zběrnice pro periferie nebude nikdy na tohle stačit, PCIe vytěžuje grafárna...

Ona je situace na jednu stranu dokonce horší ale na druhou stranu o hodně lepší. Takže:
- to PPC jádro je inorder (nelze vykonávat instrukce napřeskáčku) t.j. v běžných programech se bude chovat o dost hůž než klasické PPC
- kde je mi dnes současné PC pomalé? Při hraní her (modelování fyziky a renderování grafiky), komprese multimediálních souborů, zpracování grafiky (aplikace efektů na obrázky). Toto všechno se dá velice efektivně napsat jako program pro SPE a dosáhnout VÝRAZNÉHO zrychlení. Na práci s Wordem a Excelem mi klidně stačí výkon tři roky starého PC.

Ale pochopitelně to není procesor pro databázový server, tam by byl výkon zcela tragický. Na druhou stranu jako bladeserver pro renderfarmu to nemá chybu .

No, nevim jestli by se na tom dalo renderovat - ty pameti u SPE jsou mozna prilis male na renderovani.

Na render farmu je nejlepsi cluster prumernych (cti - s nizkou spotrebou) single-core CPU - jedna kazda scena potrebuje hodne pameti, ale da se pocitat zcela nezavisle.

Mirek

512 MB-1 GB filmařům zatím na jeden frame stačí.

SPE ma pokud vim u sebe 256KB...

No, google tvrdi nieco ine, napr. http://www.itwm.fhg.de/en/zentral__presse/aktuell/ :)

Teda chlape, nevim nevim. Ale svet uz davno neni single thread. Nevim jak hry ale vetsina aplikaci ( jiz tech dnesnich ) jede threadove/multiprocess. Kde by jsi to vyuzil ?
1)ZIP,RAR.
2)SSH Kryptografie
3)grabovani/komprese videa
4)Vypocty

To jen tak namatkou co me napadlo v prvni chvili. Napriklad u nas se pise soft kterej je multithreaded,multiprocess s asynchroni komunikaci a takovejch softu je dneska vetsina, vcetne tech her. Takze vyuziti se urcite najde neboj.

Jednu celkem jdnoduchou dvouvlaknovou hru jsem delal jako semestralku. Napsat to do jednoho vlakna by dalo vic prace nez do tech dvou...

Mám Athlon XP @ 2,6 GHz a
1) rychlost single thread kompresní algoritmů mi stačí
2) Rychlost běhu kryptografie taky nepociťuju jako nějaký silný problém
3) Grabování a kompresi videa neprovádím denně, ale dejme tomu, že pár nadšencům so to může hodit
4) Matematicko fyzikální modelování je pro ještě míň nadšenců, než grabování videa

ad 1) WinRAR je single-threaded, spousta ZIPovacích programů taktéž.
ad 2) Zde je limitem disk, samotné kódování zvládne single-core procesor levou zadní. Možná tak někde u serverů, tam ale jeden sebevýkonnější procesor stejnak nebude stačit.
ad 3) Dekomprese a komprese videa ano. Otázkou ale je, nakolik tomu dokáže vyhovět SIMD procesor. Norma IEEE vyžaduje použití FPU jednotky a 80bit čísel. Drtivá většina SIMD procesorů pracuje maximálně s 64bit čísly. Radši si počkám, když bude kvalita stát za to.
Vůbec nekomentuju, že tohle skoro nikdo nedělá, protože dneska si to lidi buďto stáhnou z Internetu nebo si udělají kompletní kopii na DVD.
ad 4) Výpočty hodně často nejsou paralelizovatelné. A krom toho kdo je provádí? Leda někdo, kdo si takový program sám napíše. Uvážím-li, kolik je programátorů a kolik z nich pak dělá nějaké vědecké výpočty, vychází mi to zhruba tak, že nikoho takového neznám.
 
A pak tu máme tuny single-threaded aplikací, kterým stále chybí výkon. Ne ne, multicore není řešením nedostatku výkonu. Ještě tak lze připustit, že dual-core má určité benefity, ale vícejaderný čip dost těžko... a bude to trvat ještě hodně dlouho, než benefity mít bude.

Uz pred hodne dlouhou dobou byli vyvojari na konferencich o superpocitani upozornovani, ze bez optimalizace pro vice jader to nepujde. (Zduvodneni se vali nekde na Internetu, nebudu to opakovat.) Takze pokud cekate na super rychle single-core procesory, tak se nedockate.

Už mnoho desítek let jsou lidé upozorňováni, že kouření škodí zdraví. A změnilo to něco? Díváte se na to ze špatného pohledu - ten správný je, že programátor myslí na sebe, takže když to pro něj nebude výhodnější, dělat to nebude.

Co takhle procesory s programovatelnou instrukcni sadou resp. architekturou?

Na arstechnica.com je vyborny a strucny clanok, preco "lot of hardware on that chip" je vyhoda a zaroven nevyhoda:
http://arstechnica.com/news.ars/post/20060225-6265.html

Ked to zhrniem: na to, aby existovali aplikacie, ktore vyuziju Cell na 100 % percent, treba super draheho programatora
resp. team programatorov, ktorym bude trvat niekolko rokov, kym taku aplikaciu naprogramuju.