Intel ve spolupráci s vědci vyvinul až 12× rychlejší systém komunikace mezi procesorovými jádry

  • Se stále větším počtem jader v čipech vzniká problém s efektivní komunikací
  • Vědci ve spolupráci s Intelem přišli na řešení, které mnohonásobně optimalizuje komunikaci mezi jádry
Intel ve spolupráci s vědci vyvinul až 12× rychlejší systém komunikace mezi procesorovými jádry

×V dnešní době máme osmijádrové procesory dokonce už i v chytrých mobilních telefonech, v oblasti desktopu už je osm jader k dispozici poměrně dlouho, přičemž u serverových procesorů už jsou dostupné procesory s desítkami jader.

I když se software postupně přizpůsobuje na to, aby využíval všechna dostupná jádra, s jejich vyšším počtem vzniká úzké hrdlo, které ovlivňuje celkový efektivní výkon čipu. Na to se ale zaměřili inženýři z univerzity v Severní Karolíně, kteří spolupracovali přímo s Intelem.

Současná architektura přestává stačit

Moderní vícejádrové procesory používají řadu technologií, které zajišťují spolupráci jader při zpracování úloh. Základem je pochopitelně sdílená paměť uvnitř čipu, která ale způsobuje problémy s koherencí a využitím cache, což má za následek velké ztráty při komunikaci.

Klepněte pro větší obrázek
Ukázka architektury procesorů Intel Skylake

Se zvětšujícím se počtem jader tento problém narůstá a samotný systém komunikace jader se tak dostává do mnohem důležitější role, než tomu bylo například u dvoujádrových čipů. Proto je nutné vše řešit novým způsobem. Inženýři si v tomto případě vzali příklad z posledních trendů softwarově definovaných sítí a virtualizace v rámci sítí.

Čip s ultrarychlou sítí uvnitř

Pro budoucí čipy tak inženýři vytvořili takzvaný „CAF“ (Communication Acceleration Framework), který se stará o optimalizaci komunikace mezi jednotlivými jádry a pamětí.

Klepněte pro větší obrázek
Nový systém CAF, který zahrnuje QMD pro řízení toku dat

Hlavní součástí je QMD (Queue Management Device, Network on Chip), který v rámci čipu dokáže jak na hardwarové, tak i softwarové úrovni řídit „provoz“ dat mezi jádry. Rozdíl v rychlosti komunikace mezi jednotlivými jádry je značný – dle měření je zrychlení mezi dvojnásobkem až dvanáctinásobkem, což by podle vyjádření jednoho z autorů mělo ve výsledku znamenat přibližně dvakrát rychlejší zpracování úloh.

Dopad zrychlení komunikace mezi jádry by měl být znát především v úlohách, které jsou náročné z pohledu množství dat – typicky například strojové učení a umělá inteligence.

Neomezený počet jader

Ať už se jedná o klasické procesorové nebo specializované čipy pro akceleraci konkrétní úlohy, u všech roste s časem objem dat ke zpracování natolik, že je nutné v jednom čipu do budoucna takřka neustále zvyšovat počet samotných jader.

Současných příkladů opravdu „vídejádrových“ čipů můžeme vidět mnoho – Adapteva, Tilera, různé prototypy a rovněž specializované „neuronové“ čipy, které řeší podobné problémy. Vzhledem k tomu, že už pomalu nastupuje doba trojrozměrných čipů, efektivní využití a rozdělení zpracování dat mezi jednotlivá jádra je klíčovou částí pro samotnou architekturu. Podobně jako u našeho mozku, který je rozdělen na několik částí a každá se obvykle specializuje na určitou oblast.

I v rámci malých rozměrů čipů, které budou mít brzy tranzistory o velikosti pod úrovní deseti nanometrů, je nutné řešit rychlost přenosu dat uvnitř čipu, který je z pohledu fyzikálních zákonů maximálně omezen rychlostí světla. Toto omezení nelze obejít a je tak nutné počítat s tím, že při použití velkého množství jader bude do budoucna nutné řešit i jejich vzdálenosti, aby komunikace a předávání informací bylo co nejefektivnější jak z pohledu rychlosti, tak třeba i spotřeby a rozložení teploty čipu.

Diskuze (25) Další článek: Zprávy Živě - Apple a Sony chrlí novinky

Témata článku: Hardware, Věda, Technologie, Výzkum, Čipy, Procesory, Tranzistory, Fyzikální zákony, Rychlost světla, Proces, Hrdlo, Neomezený počet, NCSU, Adapteva, Hlavní součást, Jádro, Poslední trend, Specializovaný čip, Úzké hrdlo, Efektivní výkon, Vědec

Určitě si přečtěte


Aktuální číslo časopisu Computer

Jak rychlé je nabíjení bez drátů?

Test 11 sluchátek pro hráče

Aplikace, které vám zachrání dovolenou

Kompletní přehled datových tarifů