Utsnitt av den mangekjernede Aubrey Isle-brikken som er sentral i den kommende Many Integrated Core-arkitekturen fra Intel. (Bilde: Intel)

Intel med virkelig mange kjerner

Planlegger x86-basert co-prosessor med massiv regnekraft.

Intel har en sterk posisjon som leverandør av prosessorer til mange av verdens kraftigste superdatamaskiner, men har de siste årene i økende grad måttet dele suksessen med leverandører av GPU-er (Graphics Processing Unit) for å oppnå ytelse og energieffektivitet helt i toppklassen. Det kraftigste systemet som bare har prosessorer levert av Intel, er NASAs Pleiades, som ligger på sjuende plass på den nyeste utgaven av topp 500-listen for de kraftigste superdatamaskinene.

Intels kanskje største svakhet for tiden, er mangelen på avansert GPU-teknologi. Ikke fordi grafikkmarkedet er så viktig for selskapet, men fordi GPU-er også er svært egnet til parallellprosessering av store sett med mange ulike former for data. Her er AMD og Nvidia langt bedre skodd.

Larrabee

I 2007 la Intel fram planer om å lage en mangekjernet GPU basert på x86-arkitekturen. Denne hadde kodenavnet Larrabee, men viste seg å levere skuffende lav grafikkytelse. Derfor ble prosjektet skrinlagt i slutten av 2009.

Nå ser det ut til at Intel har tatt med seg erfaringene fra Larrabee-prosjektet og overført dem til et nytt konsept, som selskapet kaller for Intel Many Integrated Core (Intel MIC) Architecture. Dette bygger også på forskningsprosjektene Tera-Scale og Single-Chip Cloud Computer.

Intel MIC skal virkeliggjøres med en prosessorbrikke som har kodenavnet «Auburn Isle». I denne vil Intel kunne pakke mer enn femti relativt små, x86-baserte prosessorkjerner. Brikken vil lages med 22 nanometers prosessteknologi og Intels 3-D Tri-Gate-transistorer.

Ytelsen til prosessorkjernene være så imponerende, men sammen skal de være svært egnet for parallellprosessering med høy energieffektivitet.

Utviklingsplattform

Intel har allerede gjort et design- og utviklingssett basert på Auburn Isle tilgjengelig for utvalgte partnere og forskningsinstitusjoner, blant annet SGI og CERN. Dette kalles for «Knights Ferry» og er et innstikkskort utstyrt med inntil 32 kjerner som til sammen støtter 128 tråder. Det benytter en fullt ut koherent cacheløsning og 512 bits vektorenheter for SIMD (Single Instruction Multiple Data). Produktet som skal etter hvert skal komme i salg, har kodenavnet «Knights Corner».

Knights Ferry, testplattformen som Intel har levert til en del utvalgte partnere.
Knights Ferry, testplattformen som Intel har levert til en del utvalgte partnere. Bilde: Intel

En stor fordel med løsningen, er at det skal være relativt enkelt å tilpasse eksisterende programvare til å kjøres på Intel MIC-arkitekturen. Primært kreves det bare en rekompilering hvor det inkluderes egne biblioteker som utnytter de nye SIMD-mulighetene.

Den samme kildekoden skal kunne brukes til å flytte programvare fra dagens servere og over på systemer og klynger med Intel MIC.
Den samme kildekoden skal kunne brukes til å flytte programvare fra dagens servere og over på systemer og klynger med Intel MIC. Bilde: Intel

Exaflops

Intel MIC er selskapets utgangspunkt for å lede tungregne-bransjen over i det selskapet kaller for exascale-æraen. Mens dagens kraftigste, kjente superdatamaskin har en regnekraft på drøyt åtte petaflops, venter Intel at verdens kraftigste maskin vil ha en ytelse på 100 petaflops i 2015. På dette tidspunktet regner Intel med at samtlige av de hundre kraftigste systemene i verden vil være utstyrt med minst to millioner prosessorer hver.

Intel mener at exaflops-grensen (tusen petaflops) vil brytes innen 2018, mens det kraftigste systemet i 2020 vil ha en ytelse på mer enn 4 exaflops.

Med dagens teknologi ville effektbehovet til en exaflops-maskin være enormt. Dersom man skulle skal skalere opp det kinesiske Tianhe-1A-systemet, som nå er verden nest kraftigste superdatamaskin, til å levere exaflops-ytelse, ville det kreve en effekt på mer enn 1,6 gigawatt, noe som ifølge Intel er nok til å forsyne elektrisitet til to millioner boliger.

Behovet for energieffektivisering er derfor enormt. Intel mener at effekten som kreves for å levere en regnekraft på 1 teraflops, må reduseres fra et nivå på 5 kilowatt i 2010 til omkring 20 watt i framtiden. Dette vil gi en exaflopsmaskin som ikke bruker mer enn dobbelt så mye strøm som Tianhe-1A. Intel MIC og Knights Corner er Intels svar på hvordan i alle fall deler av dette kan oppnås, selv om figuren nedenfor viser at det ikke bare er prosessorene som må bli langt mer energieffektive i framtiden.

Kravene som Intel mener man må sette til energieffektivitet i datamaskiner for å kunne oppnå systemer med exaflops-ytelse.
Kravene som Intel mener man må sette til energieffektivitet i datamaskiner for å kunne oppnå systemer med exaflops-ytelse. Bilde: Intel

I en egen pressemelding skriver SGI at Intel MIC vil bidra til å gjøre selskapets framtidige Altix ICE mer effektive. Det loves opptil ti ganger bedre ytelse per volum og en reduksjon i effektbehovet på opptil 85 prosent per flops (flyttallsoperasjoner per sekund).

Til toppen