Cell (архитектура)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Ядро процессора Cell

Cell (полное название архитектуры: Cell Broadband Engine Architecture, также сокращаемое как CBEA, или, в некоторых случаях, Cell BE) — микропроцессорная архитектура, совместно разработанная Sony, Toshiba и IBM, которые организовали альянс, известный как «STI». Разработка архитектуры и первые прототипы были созданы в STI Design Center за четырёхлетний период с начала марта 2001 года с бюджетом, который, по заявлению IBM, составляет приблизительно 400 млн долл.[1]. Cell совмещает ядро общего назначения архитектуры POWER с сопроцессорами[2], которые значительно ускоряют обработку мультимедиа и векторных вычислений.

Первое коммерческое применение процессора Cell — в игровой консоли Sony PlayStation 3. Toshiba использует Cell в своих домашних HDTV-кинотеатрах. Экзотические возможности (память XDR и шина EIB[3]) позиционируют Cell для будущих приложений в супервычислительном пространстве, которые могут использовать всю мощь процессора в вычислениях с плавающей запятой. IBM объявила о планах использования процессоров Cell как дополнительных карт в мейнфреймах IBM System z9, для возможности использования этих машин в качестве серверов для MMORPG.

Архитектура Cell использует новую технологию когерентности памяти, на которую IBM зарегистрировала большое количество патентов. Эта технология ставит акцент на высокую производительность в пересчёте на один ватт потребляемой мощности. Пропускная способность памяти приоритетна по сравнению с латентностью, а пиковая пропускная способность ядра важнее простоты кода. Из-за этого Cell считается сложной платформой для разработки приложений. IBM предоставляет комплексную платформу разработчика, основанную на Linux, для помощи разработчикам в преодолении этих проблем[4]. Основной проблемой остаётся адаптация существующего программного обеспечения под архитектуру Cell. Несмотря на все сложности, исследования показали, что Cell даёт преимущество в некоторых типах научных вычислений[5].

В ноябре 2006 года Дейвид Бейдер[en] из Технологического университета Джорджии был избран директором экспертного центра процессоров Cell STI. Этот центр предназначен для создания сообщества Cell-программистов и расширения поддержки Cell со стороны индустрии.

История[править | править вики-текст]

В 2000 году Sony Computer Entertainment, Toshiba Corporation и IBM объединились для разработки и производства процессора Cell. Это объединение стало известно как STI. Центр разработки STI открылся в марте 2001 года[6]. Разработка длилась четыре года, в ней принимали участие более 400 инженеров из трёх компаний при поддержке 11 центров разработки IBM.

За время разработки IBM зарегистрировала большое количество различных патентов, относящихся к архитектуре, процессу изготовления и программирования Cell. Ранняя версия патента включала в себя описание разрабатываемого процессора, состоящего из четырёх «вычислительных элементов», состоящих, в свою очередь, из восьми блоков арифметической обработки каждый.

В окончательной версии процессор называется Cell Broadband Engine (Cell BE), содержит 1 блок «POWERtm Processing Element» (PPE) и 8 блоков «Synergistic Processing Element» (SPE). PPE имеет RISC-архитектуру POWER и предназначен для работы операционной системы, а также координации работы SPE. Последние являются векторными процессорами архитектуры SIMD. На частоте 3,2 ГГц каждый SPE имеет теоретическую производительность 25,6 GFlops, а 8 SPE позволяют достигать 200 GFlops [7]. Несмотря на то что номинальная частота процессора 4 ГГц, корректная его работа возможна на частотах вплоть до 5,6 ГГц.

Изначально для производства процессора использовалась 90-нм технология КНИ(SOI), но в марте 2007 года IBM объявила о запуске производства Cell по 65-нм технологии на своём заводе в Восточном Фишкилле, штат Нью-Йорк (США). И в феврале 2008 IBM заявила, что будет производить Cell по технологии 45 нанометров.

Следующее развитие процессора — поколение PowerXCell 32iv, выпуск которого был запланирован на 2010 год. Количество PPE-элементов в нём увеличено в 2 раза, а SPE — в 4, производиться он будет по техпроцессу 45 нм SOI (кремний на изоляторе). Однако в ноябре 2009 года официальные представители IBM заявили, что разработка нового поколения процессоров Cell с 32 SPE-элементами прекращена. Но это не означает, что развитие других, будущих продуктов семейства Cell остановлено.

Коммерческое использование[править | править вики-текст]

В мае 2005 года было заявлено об использовании Cell в игровых приставках Sony Playstation 3. Рабочая частота была снижена до 3,2 ГГц, а количество доступных SPE ядер — до 6 (одно ядро зарезервировано для нужд ОС, и ещё одно заблокировано для повышения выхода рабочих процессоров, и таким образом удалось существенно снизить цену). Эти процессоры производились по 90 нм технологии[8].

Осенью 2006 года компания IBM выпустила блейд-сервер QS20, оборудованный двумя процессорами Cell BE. Модули QS22, оборудованные двумя процессорами PowerXCell 8i (модифицированная версия Cell BE с аппаратной поддержкой вычислений двойной точности), используются в суперкомпьютере IBM Roadrunner.

На базе процессора Cell был разработан упрощённый процессор SpursEngine фирмы Toshiba для выполнения мультимедийных задач, таких, как кодирование видеопотока AVCHD.

Характеристики[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Cell Designer talks about PS3 and IBM Cell Processors  (недоступная ссылка — история). Проверено 22 марта 2007. Архивировано 21 августа 2006 года.
  2. Synergistic Processing in Cell's Multicore Architecture. IEEE. Проверено 22 марта 2007. Архивировано 25 июня 2012 года.
  3. Cell Broadband Engine Interconnect and Memory Interface  (недоступная ссылка — история). IBM. Проверено 22 марта 2007. Архивировано 9 июля 2008 года.
  4. Cell Broadband Engine Software Development Kit Version 1.0, LWN (2005-11-10). Проверено 22 марта 2007.
  5. The Potential of the Cell Processor for Scientific Computing  (недоступная ссылка — история). Computational Research Division, Lawrence Berkeley National Laboratory. Проверено 18 марта 2007. Архивировано 17 июня 2009 года.
  6. Introduction to the Cell multiprocessor, IBM Journal of Research and Development (2005-08-07). Архивировано 28 февраля 2007 года. Проверено 22 марта 2007.
  7. Cell Broadband Engine Architecture and its first implementation.
  8. IBM shrinks Cell to 45nm. Cheaper PS3s will follow