V dnešních dobách jsme zvyklí, že čipy už i v mobilních telefonech, které nosíme po kapsách, mají i osm výpočetních jader. Zpracovávat instrukce pro spoustu aplikací a procesů je tak už nutností nejen v serverové nebo desktopové oblasti.
Vědci z Kalifornské univerzity v Davisu se ale pustili do tvorby trochu jiného čipu, který má blízko spíše například ke grafickým čipům, ale jednotlivé jednoduché procesory dokáží funguje zcela samostatně. A především jich je rovná tisícovka.
KiloCore: tisíc malinkých procesorů
Nově vytvořený experimentální čip KiloCore má celkem tisíc programovatelných MIMD procesorů (grafické čipy mají SIMD), které jsou rozložené do 32 sloupců a 31 řad.
Detaily složení KiloCore
Architektura čipu s takovým počtem procesorů je odlišná od běžných čipů s jádry, které mají několik úrovní cache pamětí a další části. Taková struktura totiž nejde škálovat na stovky nebo tisíce jader a proto do hry nastupuje několik samostatných pamětí přímo v čipu, ke kterým přistupují jednotlivé procesory schopné fungovat zcela bez závislosti na ostatních procesorech.
Čipy jsou vyráběné 32nm technologií od IBM
Každý procesor v KiloCore je typu in-order, má sedmistupňovou pipelinu s podporou 72 instrukcí a je tvořen 575 tisíci tranzistory. Celý čip obsahuje 621 milionů tranzistorů a vzhledem k 32nm výrobnímu procesu (PD-SOI), o který se postaralo IBM, je výsledná velikost 7,94 × 7,82 mm. Zajímavé je i měřítko 1 mm2, na kterém se tak nachází 18 procesorů.
Hodně operací za málo energie
Aby byla architektura takového množství procesorů efektivní, musí být zajištěná rychlá komunikace mezi nimi, respektive co nejefektivnější posílání dat v síti, pomocí které jsou spojené. V rámci integrované sítě na úrovni čipu je maximální propustnost skrze vstupní port 28,5 Gb/s. Jednotlivé routery u každého procesoru zvládají pět portů a celkovou propustnost 45,5 Gb/s (9,1 Gb/s na port) při napětí 1,1 V.
KiloCore může efektivně zcela vypínat jednotlivé procesory dle aktuální potřeby
Čip pracuje na poměrně vysoké průměrné frekvenci 1,78 GHz při napětí 1,1 V, maximální je ale až 1,87 GHz. Při nižší frekvenci a s napětím 0,84 V lze dosáhnout na spotřebu pouze 13,1 W. Například v režimu s frekvencí 115 MHz při napětí 0,56 V je spotřeba jednoho procesoru pouze 0,67 mW – 5,8 pJ/Op.
V tom je hlavní výhoda tohoto čipu – jednotlivé procesory lze úplně vypnout a tak lze dosáhnout opravdu extrémně úsporných hodnot, pokud nedochází k plnému vytížení všech procesorů.
Menší porovnání s podobnými konkurenty
Pokud se nebudeme zabývat srovnáním výkonu jednotlivých procesorů, u jiných čipů na trhu jsou hodnoty spotřeby energie za vykonání operace i o řády vyšší. Různá srovnání, která bohužel zahrnují i rozdílné konfigurace a druhy zaměření čipů, si můžete prohlédnout v informační tabulce.
Použití pro specializované účely
Od KiloCore sice zatím nemůžeme čekat, že nahradí současné hlavní čipy v počítačích nebo telefonech, ale to zatím není vůbec cílem. Naopak už se pro něj vyvíjí řada specializovaných aplikací, které umožní jeho efektivitu využít pro zpracování videa, zvuku, šifrování, dekódování dat a další oblasti.
Částečně s tím souvisí i umělá inteligence a „umělý mozek“, který je tvořen rovněž velkým počtem části pro paralelní zpracování velkého množství dat. Zda se KiloCore podaří dostat do dalších generací teprve uvidíme, protože konkurence v této oblasti postupně roste. KiloCore už ale nikdo nevezme fakt, že se jedná o první čip s tisícovkou procesorů.