Cell (Процесор)

Cell — мікропроцесорна архітектура, спільно розроблена Sony, Toshiba, а також IBM, які створили альянс, відомий як «STI». Розробка архітектури і перші прототипи були створені в STI Design Center за чотирирічний період з початку березня 2001 року з бюджетом, який, за заявою IBM, становить приблизно 400 мільйонів доларів США. Повна назва архітектури: Cell Broadband Engine Architecture, також скорочується як CBEA, або в деяких випадках, Cell BE. Cell поєднує ядро загального призначення архітектури ^[en] з сопроцесорами, які значно прискорюють обробку мультимедіа і векторних обчислень.

Cell

Перше комерційне застосування процесора Cell відбулося в ігровій консолі Sony PlayStation 3. Toshiba використовує Cell у своїх домашніх HDTV-кінотеатрах. Екзотичні можливості (пам'ять XDR і шина ) позиціюють Cell для майбутніх додатків в супер обчислювальному просторі, які можуть використовувати всю потужність процесора в обчисленнях з рухомою комою. IBM оголосила про плани використання процесорів Cell як додаткових карт в мейнфреймах , для можливості використання цих машин як серверів для MMORPG.

Архітектура Cell використовує нову технологію когерентності пам'яті, на яку IBM зареєструвала велику кількість патентів. Ця технологія ставить акцент на високу продуктивність в перерахунку на один ват споживаної потужності. Пропускна здатність пам'яті пріоритетна порівняно з латентністю, а пікова пропускна здатність ядра важливіше простоти машинного коду. Через це Cell вважається складною платформою для розробки програм. Тому IBM надає комплексну платформу розробника, засновану на Linux, для допомоги розробникам у подоланні цих складнощів. Основною проблемою залишається адаптація наявного програмного забезпечення під архітектуру Cell. Незважаючи на всі складнощі, дослідження показали, що Cell дає перевагу в деяких типах наукових обчислень.

В листопаді 2006 року Дейвід Бейдер з був обраний директором експертного центру процесорів Cell STI. Мета цього центру — створення спільноти Cell-програмістів і розширення підтримки Cell з боку індустрії.

Історія

У 2000 році Sony Computer Entertainment, Toshiba Corporation і IBM об'єдналися для розробки і виробництва процесора Cell. Це об'єднання стало відомо як STI. Центр розробки STI відкрився в березні 2001 року. Розробка тривала чотири роки, в ній брали участь понад 400 інженерів з трьох компаній за підтримки 11 центрів розробки IBM.

За час розробки IBM зареєструвала велику кількість різних патентів, що відносяться до архітектури, процесу виготовлення та програмування Cell. Рання версія патенту включала в себе опис розроблюваного процесора, що складається з чотирьох «обчислювальних елементів», що складаються, у свою чергу, з восьми блоків арифметичної обробки кожен.

В остаточній версії процесор називається Cell Broadband Engine (Cell BE), містить 1 блок «POWERtm Processing Element» (PPE) і 8 блоків «Synergistic Processing Element» (SPE). PPE має RISC архітектуру POWERtm і призначений для роботи операційної системи, а також координації роботи SPE. Останні є векторними процесорами архітектури SIMD. На частоті 3.2 Ггц кожен SPE має теоретичну продуктивність 25.6 GFlops, а 8 SPE дозволяють досягати 200 GFlops. Незважаючи на те що номінальна частота процесора 4 ГГц, його коректна робота можлива на частотах аж до 5,6 ГГц. Спочатку для виробництва процесора використовувалася 90нм технологія КНС (SOI), але в березні 2007 року IBM оголосила про запуск виробництва Cell по 65нм технології на своєму заводі в Східному Фішкіллі, штат Нью-Йорк, США І в лютому 2008 IBM заявила, що буде виробляти Cell за технологією 45 нанометрів.

Наступне розвиток процесора — покоління PowerXCell 32iv, випуск якого був запланований на 2010 рік. Кількість PPE-елементів у ньому збільшено в 2 рази, а SPE — в 4, вироблятися він буде по техпроцесу 45 нм SOI (кремній на ізоляторі).

Однак у листопаді 2009 року, офіційні представники IBM заявили, що розробка нового покоління процесорів Cell з 32 SPE-елементами, припинена. Але це не означає, що розвиток інших, майбутніх продуктів сімейства Cell зупинено. Разом з цим, Sony офіційно заявила, що Playstation 4 не буде до 2016–2018 року», проте повідомлення, що просочилися з штаб-квартири в Японії, свідчать про протилежне. Генеральний директор корпорації Говард Стрінгер, заявив, що Sony буде направляти більше фінансування ігровому підрозділу, незважаючи на всесвітню кризову ситуацію.

Комерційне використання

У травні 2005 року було заявлено про використання Cell в ігрових приставках Sony Playstation 3. Робоча частота була знижена до 3,2 ГГц, а кількість доступних SPE ядер — до 6 (одне ядро зарезервовано для потреб ОС, і ще одне заблоковано для підвищення виходу робочих процесорів, і таким чином вдалося істотно знизити ціну). Ці процесори вироблялися по 90 нм технології.

Восени 2006 року компанія IBM випустила блейд-сервер QS20, обладнаний двома процесорами Cell BE. Модулі QS22, обладнані двома процесорами PowerXCell 8i (модифікована версія Cell BE з апаратною підтримкою обчислень подвійної точності), використовуються в суперкомп'ютері IBM Roadrunner.

На базі процесора Cell був розроблений спрощений процесор фірми Toshiba для виконання мультимедійних завдань, таких, як кодування відеопотоку AVCHD.

Технічні характеристики

• Теоретична продуктивність 218 GFlops
• 90 нм технологічний процес
• 234 млн. транзисторів
• 221 мм²
• частота 3,2—5,6 ГГц
• Напруга 0,9-1,3 В
• тепловиділення: 80 Вт на частоті 4 ГГц, (напруга живлення 1,1 В); 180 Вт на частоті 5,3 ГГц, (напруга 1,3 В)
• Корпус BGA 42,5 × 42,5 мм
• 1236 контактів
• Міжпроцесорна шина Flex I/O 32 ГБ/с на введення, 44,8 ГБ/с на виведення.
• інтегрований двоканальний контролер пам'яті XDR RAM 25 ГБ/с.

Випускається^[] процесор третьої ревізії — виготовлення йде по 45 нм техпроцесу. PPE складається з двох процесорних ядер, підтримує набір команд , кеш-пам'ять 1-го рівня 64 КБ, кеш-пам'ять 2-го рівня 512 КБ, 11-стадійний конвеєр. SPE 21 млн транзисторів, 256 КБ локальної пам'яті, контролер DMA.

Див. також