Larrabee (hardware)

Larrabee este numele de cod a ceea ce, în intențiile Intel , ar fi trebuit să devină un nou tip de procesor dezvoltat special, cel puțin inițial, pentru sectorul de calcul paralel și creat prin utilizarea unui nucleu grafic sau a unui fel de GPU .

Primele știri referitoare la acest proiect datează din prima jumătate a anului 2007 , iar la momentul respectiv a fost anunțat ca produs comercial într-o perioadă cuprinsă între sfârșitul anului 2009 și începutul anului 2010 ; ulterior, această lansare a fost amânată pentru aproape un an, la sfârșitul anului 2010 ^[1] și a fost apoi complet abandonată (sau, în orice caz, amânată la nesfârșit) din cauza unei serii de probleme tehnice apărute în faza de dezvoltare.

Caracteristici tehnice

Schema de arhitectură Larrabee

Practic, Larrabee trebuia să se bazeze pe o arhitectură AI paralelă programabilă prin utilizarea multor instrumente software existente (în intenția Intel, compilatoarele ar fi trebuit să fie cele care să optimizeze codul scris în funcție de numeroasele nuclee disponibile) și proiectate pentru a putea pentru a atinge o scalabilitate de trilioane de operații în virgulă mobilă pe secundă, așa-numitul TeraFLOPS . Termenul „AI” este folosit în mod obișnuit de Intel pentru a se referi la arhitecturi care folosesc setul de instrucțiuni x86 .

Diagrama bloc a arhitecturii GPU Larrabee

Prin urmare, nucleele trebuiau să fie de tipul x86 (de exemplu 24 sau 32, așa cum s-a menționat mai sus) bazate pe o arhitectură relativ simplă, probabil cea a nucleului P54C la baza celei mai recente evoluții a procesorului istoric Pentium (evident cu corecții și modificări pentru a începe de la tehnologia de producție utilizată, care ar fi fost, așa cum am menționat, la 45 nm); se aștepta ca fiecare nucleu să aibă o memorie cache L1 de 32 KB și o memorie cache L2 de 256 KB . Inițial, s-a vorbit despre prezența unui singur cache partajat mare, bazat și pe o nouă arhitectură conceptuală, dar ulterior Intel nu a mai clarificat care dintre cele 2 abordări pe care le-a ales atunci în dezvoltarea ulterioară a proiectului.

Diversele nuclee trebuiau flancate de un circuit I / O și totul ar fi montat pe un singur pachet ; tocmai datorită simplității arhitecturii lor, nucleele alese pentru integrare au susținut execuția în ordine , și nu tradiționalul Out-of-order care permite executarea instrucțiunilor unice fără a respecta neapărat ordinea impusă de programator, în timp ce ceasul ar fi fost între 1,7 GHz și 2,5 GHz (probabil în funcție de versiuni). Aceste nuclee aveau conducte scurte și erau echipate cu, printre altele, o unitate vectorială , capabilități multithreading și tehnici de prefetch optimizate. De asemenea, era de așteptat să accepte adresele pe 64 de biți de către nuclee, dar Intel nu a declarat niciodată dacă a fost tehnologia EM64T implementată și în celelalte procesoare produse de casă sau un nou design. A existat, de asemenea, tehnologia simultană multi-threading (SMT) deja văzută în arhitectura Nehalem , deosebit de utilă într-un procesor precum Larrabee, având în vedere că nucleele în ordine nu sunt capabile să reorganizeze executarea instrucțiunilor, putând rula 4 fire în același timp (în aplicația tradițională a acestei tehnologii în alte arhitecturi, numărul de fire pe nucleu este egal cu 2) ajută în continuare la saturarea resurselor de bază. ^[2]

Alegerea integrării unui număr foarte mare de nuclee „elementare” și, în plus, în ordine, a fost dictată de faptul că, în general, operațiunile legate de grafică necesită un flux liniar de instrucțiuni; ramificațiile fluxului sunt, prin urmare, rare și procesorii tradiționali, care se bazează pe nuclee mult mai complexe, sunt în schimb optimizați pentru executarea acestui tip de flux ramificat, cu multe dependențe între diferitele instrucțiuni. ^[2] Potrivit Intel, un procesor dual core similar cu un Core 2 Duo , comparativ cu o versiune ipotetică a Larrabee care ocupă aceeași suprafață a matriței și cu un consum comparabil, ar oferi un vector de instrucțiuni de 20 de ori mai mic. ^[2]

Magistrala de comunicații interne prevăzută de proiect a atins o lățime de bandă de 1 TB / s, în timp ce memoria combinată ar fi fost cea de tip GDDR5 cu o lățime de magistrală de 1024 biți ; De fapt, Intel a dezvoltat, de asemenea, un nou tip de BUS „circular” de 1024 biți (cunoscut și sub numele de „ BUS ring ”) și utilizat și în arhitecturile video dezvoltate de ATI Technologies , care ar fi fost și ele bidirecționale (cu o lățime de 512 biți în fiecare direcție), pentru a elimina blocajele în comunicarea dintre diferitele nuclee și între nuclee și memorie. Toate aceste caracteristici ar fi adus probabil consumul maxim al soluțiilor Larrabee la aproximativ 300 W.

Intel nu a clarificat niciodată dacă soluțiile Larrabee provin din grupul de proiecte Terascale , împreună cu procesorul cu 80 de nuclee prezentat pentru prima dată în aprilie 2007 (care era totuși doar un prototip de studiu și nu un viitor produs comercial), dar ceea ce nu poate fi complet exclus a priori dat fiind numărul mare de nuclee.

Renașterea instrucțiunilor MMX

Instrucțiunile MMX au fost introduse de Intel în a doua jumătate a anilor nouăzeci cu procesorul Pentium MMX și de atunci au fost implementate în toate procesoarele ulterioare ale producătorului SUA, deși au fost înlocuite tehnic de seturi de instrucțiuni mai avansate precum familia SSE (cu evoluțiile sale). Cu toate acestea, instrucțiunile MMX, în comparație cu tehnologiile ulterioare, păstrează o caracteristică foarte importantă, și anume simplitatea implementării. Întrucât nucleele individuale Larrabee trebuiau caracterizate printr-o structură relativ simplă, cu curte de conducte , nu pare o alegere atât de anacronică de către Intel să includă o versiune revizuită și optimizată a extensiilor acum istorice (datorită unei unități SIMD la 512 biți ), ceea ce ar fi contribuit la creșterea puterii de procesare în anumite domenii ale graficii multimedia și calculelor în virgulă mobilă.

S-a adăugat, de asemenea, un alt set de instrucțiuni SIMD, denumit „ Larrabee New Instruction ” ( LRBni ) pentru a susține noile unități vectoriale pe care Intel le-a integrat în Larrabee, capabile să manipuleze simultan 16 elemente, de tip întreg , cu virgulă mobilă de o singură precizie. și virgulă dublă de precizie . ^[2]

Prototipuri timpurii Larrabee

În aprilie 2009, a fost prezentat primul wafer ^[3] conținând primele prototipuri care au fost apoi puse la dispoziția dezvoltatorilor de software, astfel încât aceștia să poată începe să aprofundeze noua arhitectură și să-și optimizeze produsele pentru noile soluții, în timp ce demonstrația de lucru A era, de asemenea, afișat în septembrie următor, dar încă nu a reușit să ridice prea multă fanfară din partea observatorilor, deoarece performanța a fost doar medie. La acea vreme, primele două versiuni comerciale ale GPU-urilor Larrabee erau așteptate până la sfârșitul anului 2010 , realizate folosind procesul de producție acum testat de 45 nm și integrând respectiv 32 și 24 de nuclee , deși deja la mijlocul anului 2008, Intel anunțase și posibilitatea a diferitelor versiuni de la 4 la 24 de nuclee, în funcție de segmentul de piață. O versiune cu 48 de nuclee a fost chiar planificată să fie disponibilă pe piețe în 2011 , probabil posibilă prin noul proces de producție de 32 nm .

Cu această ocazie, Intel nu s-a deranjat să furnizeze numărul de tranzistoare ale fiecărui procesor Larrabee sau dimensiunea sa fizică, dar estimările indicau suprafața sa între 600 și 700 mm² pentru un total de aproximativ 1,6 / 1, 7 miliarde de tranzistori. ^[3] Prin comparație, GPU nVidia G200 (la baza cardurilor din seria GeForce 200 ) era alcătuită din 1,4 miliarde de tranzistoare, dar în comparație cu utilizarea procesului de producție de 65 nm, a ocupat o suprafață de 576 mm² ; în ceea ce privește modelul concurentului dezvoltat de ATI, RV770, în schimb s-a vorbit de 950 de milioane de tranzistoare care, datorită procesului de producție de 55 nm, au ocupat o suprafață de „numai” 270 mm². Este evident că o astfel de dimensiune fizică pentru Larrabee presupunea diverse probleme de producție și din acest motiv a fost imediat evident că probabil Intel ar putea decide să întârzie lansarea pentru a putea utiliza în mod direct noul proces de producție de 32 nm.

Posibile domenii de aplicare

Imediat a apărut în mod clar că pentru un produs atât de inovator în concepția sa intrinsecă și încă departe în timp, era dificil de prezis cu certitudine posibilele domenii de utilizare ale Larrabee.

Intel și-a declarat inițial intenția de a propune Larrabee exclusiv în domeniul calculelor științifice în general și, prin urmare, și în toate sectoarele derivate din acesta, precum analiza financiară și simularea fizică a proceselor reale, pe scurt, acele domenii în care necesită prelucrare paralelă . Acest tip de procesare este adesea denumit GPGPU , GPU cu scop general, care implică utilizarea GPU-urilor pentru executarea unor calcule paralele deosebit de complexe, care exploatează particularitățile arhitecturale ale GPU-urilor care în aceste procese sunt mult mai eficiente decât CPU-ul tradițional. Pentru a confirma acest scenariu de utilizare pentru Larrabee, a avut loc, în noiembrie 2007 , achiziția de către Intel a companiei Neoptica, care se angajase întotdeauna în dezvoltarea de aplicații capabile să exploateze nu numai CPU, ci și puterea pusă la dispoziție. cip grafic.

Jocuri video cu Larrabee? Mai întâi nu, apoi ... probabil!

Inițial, nu era de așteptat ca arhitectura GPU Larrabee ar putea servi Intel pentru a introduce discret placă grafică piață, astfel cum a emis ipoteza în ultimii ani , de mai mulți formatori de opinie , de asemenea , ca urmare a achiziționării ATI Technologies de către rivalul istoric al Intel. AMD . Pe de altă parte, deși Intel însuși a comparat Larrabee cu un fel de GPU, structura omogenă de 32 de nuclee este încă foarte diferită de cea a plăcilor video ATI și NVidia obișnuite, în a căror GPU nu este ușor să distingem diferite " nucleu ", ci mai degrabă vorbim despre un singur nucleu cu numeroase conducte distincte de redare pentru umbrele de vârfuri și umbrele de pixeli (până la arhitecturile de generația a șaptea) și apoi chiar unificate cu arhitecturile dezvoltate începând cu a opta generație.

Prin urmare, în Larrabee se aștepta absența totală a oricărui circuit specific pentru gestionarea graficelor raster , așa cum a fost cazul în schimb pentru soluțiile GPU ale NVidia și ATI. Pentru a putea efectua în continuare procesarea și în această zonă, Larrabee ar fi convertit elementele din grafică raster în instrucțiuni vectoriale. Având nevoie de o conversie mai întâi, este clar cum această abordare nu a putut fi comparată, pentru eficiență, cu cea utilizată de GPU-urile „obișnuite”, dar a adus un avantaj atunci când CPU ar fi trebuit să proceseze grafica Ray Tracing (este o tehnică în care interacțiunea luminii pe suprafețe este calculată prin simularea traiectoriei razelor de lumină de la sursă la obiectele din scenă). Contrastul dintre tehnicile de „ rasterizare ” și „ Ray tracing ” este un subiect care a fost întotdeauna mult dezbătut și este acum o opinie comună că ambele reprezintă soluții diferite, cu puncte tari și puncte slabe, pentru nevoile reprezentării 3D.

Tocmai referindu-se la diferența de arhitectură și abordarea diferită a procesării grafice, Intel a declarat că este inutil să comparăm Larrabee cu alte soluții grafice: de fapt, proiectul era diferit din punct de vedere conceptual de GPU-urile tradiționale adaptate la calculele „cu scop general” prin NVidia și ATI.

Cu toate acestea, în septembrie 2007, noile dezvăluiri Intel au sugerat posibilitatea ca Larrabee să poată fi folosit în viitor și ca o placă PCI Express suplimentară (aproape sigur PCI Express 2.0 ), foarte asemănătoare unei plăci grafice discrete, poate dedicată managementului fizica în jocurile video. (aceasta este o aplicație a plăcilor grafice deja anunțate de ATI și NVidia), deoarece în aceeași lună Intel a achiziționat Havok , o companie care dezvoltă motoare „fizice” utilizate în ultima generație de jocuri video. Utilizarea ca placă grafică părea destul de logică, având în vedere și faptul că fiind nuclee de tip x86, așa cum am menționat mai sus, ar fi fost relativ simplu ca dezvoltatorii de jocuri video să poată extinde suportul produselor lor către Larrabee arhitectură care pentru a concura eficient cu soluțiile concurente de la acea dată ar fi trebuit să ofere suport DirectX 11.

Pentru a consolida această schimbare de poziție, în mai 2008, Intel a anunțat și dezvoltarea unei tehnologii multi-GPU care să fie combinată cu Larrabee similară, cel puțin din punct de vedere al scopurilor, cu cea deja utilizată de ceva timp de alți producători de plăci video, și anume SLI de NVidia și ATI 's CrossFire . Soluția Intel ar fi permis probabil utilizarea a 4 plăci video simultan în paralel.

Performanța unui procesor Larrabee în comparație cu alte modele Intel

Potențialul GPU-urilor pentru efectuarea calculelor în virgulă mobilă este imediat evident atunci când se compară performanța lor cu cea a procesorelor obișnuite.

De-a lungul timpului, au fost făcute diverse declarații de către diferiți producători de hardware cu privire la performanța produselor lor; mai jos este un scurt rezumat al acestor declarații care facilitează înțelegerea potențialului fiecărei soluții.

În domeniul plăcilor video de generația a șaptea, potrivit ATI, placa video Radeon X1950 XTX a fost capabilă să atingă 375 GigaFLOPS și, atunci când este utilizată în perechi prin tehnologia CrossFire , a atins un impresionant 750 GigaFLOPS, în timp ce placa GeForce a NVidia . 7950 GX2 , care era direct o placă GPU dublă, a ajuns la 384 GFlops, în timp ce procesorul fizic al Ageia furniza 96 GigaFLOPS. Un procesor tradițional Intel, pe de altă parte, are o putere de procesare mult mai mică: un Pentium 4 la 3 GHz, a ajuns la 6 GigaFLOPS, primul procesor Xeon DP bazat pe arhitectura „ Core ” sau modelul 51xx, bazat pe nucleul Woodcrest , a fost certificat la 24 GigaFLOPS, în timp ce un sistem Itanium 2 cu 4 procesoare Montecito dual core a ajuns la 45 GigaFLOPS.

Comparând datele menționate recent, înțelegem cum o pereche de plăci video ATI au putut oferi, cel puțin teoretic, aceeași putere ca 31 Xeon Woodcrest. Cu toate acestea, rămâne necesar să ne amintim că datele furnizate se referă la GPU-urile din a șaptea generație, în timp ce arhitecturile din generația a opta și a noua au fost introduse pe piață și că, la fiecare schimbare a generației, puterea medie a GPU tinde să se dubleze, este evident modul în care potențialul viitor al acestor proiecte este foarte atractiv pentru a putea crește rapid performanțele calculelor în virgulă mobilă, motiv pentru care Intel s-a bazat pe o astfel de arhitectură pentru a realiza TeraFLOPS; într-adevăr, în iulie 2008, Intel a declarat că intenționa să ajungă chiar și la cele două TeraFLOPS cu Larrabee (evident, cu un cod care era capabil să satureze capacitatea de procesare a fiecărui nucleu la potențialul său maxim). Dorind să facem o comparație cu arhitecturile de nouă generație comercializate la mijlocul anului 2008 de ambii producători, soluțiile NVidia GeForce GTX 280 au atins o putere teoretică maximă de procesare de 1 TeraFLOPS, în timp ce pentru soluțiile ATI Radeon HD 4870 am ajuns la o valoare de 1,2 TFlops, apoi s-a dublat când AMD și-a prezentat soluțiile cu 2 GPU-uri Radeon HD 4870 unul lângă altul și conectate între ele folosind tehnologia CrossFireX și generațiile ulterioare.

Noile informații din iunie 2009 au afirmat că prima generație de GPU-uri Larrabee ar fi avut o putere de procesare egală cu placa nVidia GeForce GTX 285 și, prin urmare, la momentul lansării s-ar fi poziționat în gama medie a pieței, având în vedere că noua generație de carduri nVidia a sosit deja la sfârșitul anului 2009 .

În sfârșit, în decembrie 2009 , Intel a prezentat un prototip în executarea testului SGEMM , proiectat pentru câmpul HPC , care avea doar jumătate din nuclee activate și a atins 417 GigaFLOPS, în timp ce activarea tuturor nucleelor ​​a ajuns la 825 GFlops și, în timp ce a crescut funcționarea ceas, a ajuns la 1066 GigaFLOPS. Potrivit Intel, aceasta a fost tripla performanță posibilă cu cardurile nNidia Tesla C1060 (GT200) (370 GigaFLOPS) și AMD FireStream 9270 (300 GFlop). ^[4]

Intel: Avantajele arhitecturii Larrabee față de GPU-urile tradiționale

Potrivit Intel, faptul că nucleele Larrabee s-au bazat pe arhitectura tradițională x86 ar fi oferit programatorilor un avantaj imens în scrierea propriilor aplicații. Spre deosebire de proiectele NVidia și ATI GPGPU, Tesla și, respectiv, FireStream , programatorul nu ar fi fost forțat să învețe limbajele CUDA și CTM pentru ca aplicațiile sale să comunice cu arhitecturile video, dar ar fi putut reutiliza codul tradițional x86 dezvoltat pentru procesorii comuni. Conform acestei idei, teoretic existau deja sute de mii de dezvoltatori care ar fi putut scrie cod pentru Larrabee, deși era crucial pentru viitor să educăm următoarea generație de dezvoltatori pentru a exploata în mod corespunzător potențialul acestei arhitecturi.

Un alt beneficiu al noii arhitecturi subliniat de Intel în cadrul unui eveniment de presă desfășurat în august 2008 a fost că a fost extrem de ușor de actualizat în ceea ce privește caracteristicile suplimentare. Spre deosebire de arhitecturile video tradiționale, de fapt, caracteristicile tipice solicitate de API-uri precum DirectX nu au fost integrate la nivel hardware, ci la nivel software, cu consecința că o actualizare a driverului ar fi furnizat deja noile caracteristici întregii game de produse Larrabee in circulatie. Intel a dat exemplul așa-numitului Pixel Shader 5.0 care ar fi fost susținut de Larrabee grație unei actualizări de software, în timp ce utilizatorii cu arhitecturi video tradiționale, pentru a profita de aceste caracteristici, ar fi trebuit să își schimbe hardware-ul.

Apple și Sony sunt interesați de produsele Larrabee

La începutul lunii august 2008 , Apple și-a anunțat interesul pentru acest nou tip de arhitectură video pentru produsele sale viitoare. Potrivit Apple, de fapt, noul proiect Intel (cu care compania a colaborat din 2006 pentru furnizarea de microprocesoare), datorită structurii sale „hibride” la jumătatea distanței dintre un procesor tradițional și un GPU, ar fi putut oferi rezultate excelente atunci când este combinat cu unele tehnologii software la acel moment dezvoltate în propriile laboratoare și care au fost apoi introduse în cel mai recent sistem de operare al casei cunoscut sub numele de OS X Snow Leopard , cum ar fi Grand Central Dispatch și OpenCL .

Sony, pe de altă parte, a fost interesat de produsele Larrabee cu 48 de nuclee (realizate probabil la 32 nm) ca o posibilă soluție grafică pentru noua versiune a consolei sale de jocuri, cunoscută sub numele de PlayStation 4 și așteptată mult după 2010 . Avantajele acestei alegeri ar fi putut fi mai multe: un consum redus de energie, o disipare mai bună a căldurii, o calitate video mai bună și mai multă putere în calcule.

Tehnologia Larrabee, de asemenea, într-un procesor într-un viitor posibil

Intel nu a fost niciodată complet clar cu privire la acest lucru, dar a dezvăluit că a avut intenția de a integra tehnologia din spatele proiectului Larrabee direct în procesoarele sale, în special cele bazate pe viitoarea arhitectură Haswell , după Sandy Bridge (sau mai degrabă evoluția sa Ivy Bridge ), la rândul său, după Nehalem , așteptat pe piețe la sfârșitul anului 2012 și pe baza procesului de producție de 22 nm ; în acest caz, această tehnologie ar fi ajuns să constituie sectorul grafic integrat al viitoarelor procesoare.

Furnizarea proiectului, cu toate acestea, a făcut aproape sigur că această posibilitate dispare și Haswell va fi probabil echipat cu un sector grafic dezvoltat pe o abordare decisiv mai tradițională.

Abandonarea proiectului

La 26 mai 2010, Intel a anunțat că a suspendat dezvoltarea proiectului Larrabee ^[5] deoarece nu a îndeplinit obiectivele de performanță și eficiență pe care producătorul spera să le atingă. ^[6] Mai jos este un extras din ceea ce Intel a spus direct pentru a motiva această decizie: ^[7]

Prin urmare, Intel se va concentra, cel puțin pentru moment, în dezvoltarea compartimentelor grafice integrate care începând de la primele procesoare bazate pe arhitectura Westmere vor fi mutate progresiv de la podul nordic al chipset - ului la CPU în sine. Potrivit Intel, se așteaptă ca puterea de procesare a unor astfel de soluții să se dubleze cu fiecare generație succesivă de CPU ^{[5] [6]} , adică aproximativ în fiecare an.

Cu toate acestea, nu este exclus faptul că Intel, după ce a investit atât de mult într-un proiect similar, nu va decide să reia dezvoltarea unui produs similar în câțiva ani. ^[8] De fapt, se pare că compania intenționează să utilizeze acest prim proiect ca referință pentru dezvoltarea internă și începe, de asemenea, analiza de fezabilitate a unui proiect inspirat de Larrabee și care ar putea vedea lumina în 2012 . ^[9] Acest proiect, luând în considerare problemele întâmpinate cu abordarea urmată de Larrabee, s-ar putea baza în schimb pe o arhitectură profund revizuită de „ conducte convergente ”. ^[9]

Alte procesoare grafice dezvoltate de Intel în trecut

Larrabee a fost cu siguranță un proiect extrem de inovator, dar nu a fost primul produs dezvoltat de Intel pentru gestionarea graficii.

La sfârșitul anilor 1990 , o filială a Intel, Real3D a creat 2 acceleratoare grafice disponibile pe sloturile AGP și PCI , cunoscute sub numele de i740 (Intel 740). În realitate, este un produs care a avut un succes destul de modest și, de fapt, mai târziu, Intel s-a limitat la dezvoltarea sub-compartimentelor grafice pentru a fi integrate în chipset - urile sale (sau direct în CPU-uri pornind de la unele modele bazate pe arhitectura Westmere ) sub numele din „Accelerator media grafică” (GMA). Acestea sunt soluții care, datorită consumului redus, sunt ideale pentru integrarea în sisteme de birou și notebook-uri, dar care nu sunt în măsură să ofere suport adecvat pentru executarea aplicațiilor solicitante, cum ar fi jocurile video; tocmai un domeniu în care Larrabee ar trebui, în intențiile Intel, să marcheze întoarcerea companiei în mare măsură.

Notă

Elemente conexe

• Microprocesoare Intel
• Intel Terascale
• Unitate de procesare grafică
• GPGPU

Portal IT : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu IT