Понимая, что на одном кристалле можно разместить лишь ограниченное число ядер, конструкторы процессоров все более серьезное внимание обращают сегодня на матричную (tiled) архитектуру.
Повестка дня 19-й ежегодной конференции Hot Chips, проходившей в Стэнфордском университете в Пало-Альто, включала в себя презентации сразу нескольких процессоров с параллельными вычислениями, которые используют матричную или grid-архитектуру. В работе конференции приняли участие около 600 ученых, исследователей технологий и инженеров компаний, занимающихся проектированием процессоров.
Элементы матрицы, каждый из которых содержит процессорное ядро и маршрутизатор, расположены ровными рядами и напоминают перекрестки городских улиц. Инструкции пересылаются от одного элемента к другому в соответствии с выбранными маршрутами, перемещение по которым осуществляется как в прямом, так и в обратном направлении. Инструкции могут выполняться параллельно и независимо друг от друга, не ожидая завершения других команд. Организация параллельных вычислений требует меньших затрат электроэнергии по сравнению с многоядерными процессорами, существующими сегодня.
Корпорация Intel представила прототип 80-ядерного процессора с элементами матрицы, размещенными в узлах решетки с восемью горизонтальными и десятью вертикальными линиями. Процессор Intel поддерживает функцию «засыпания-пробуждения», которая отвечает за отключение подачи электроэнергии в незадействованные в данный момент узлы решетки и их пробуждение при возникновении такой необходимости.
Технология параллельной обработки обеспечивает одновременное выполнение управляющих и вычислительных инструкций.
Функция засыпания позволяет снижать уровень утечек (затрат электроэнергии, которые происходят в моменты, когда процессор не выполняет каких-либо вычислений) в два-пять раз эффективнее по сравнению с существующими архитектурами. А энергопотребление каждого из маршрутизаторов матрицы сокращается в семь раз.
Прототип матричного процессора Intel находится пока лишь на стадии исследовательского проекта, и у корпорации нет никаких планов в отношении создания конкретного продукта. А вот новичок микропроцессорной отрасли — компания Tilera продемонстрировала на конференции Hot Chips первый 64-ядерный матричный процессор. Матрица Tilera состоит из восьми строк и восьми столбцов.
Продукт Tile64 представляет собой встроенный процессор, предназначенный для использования в сетевых маршрутизаторах и коммутаторах, а также в оборудовании, обеспечивающем передачу видеосигналов высокой четкости.
Компании nVidia и AMD также продемонстрировали на конференции свои параллельные процессоры.
«Производители чипов изучают возможность создания параллельных архитектур, потому что технологии размещения на одном чипсете двух, четырех или восьми ядер в конечном счете имеют свои ограничения, — отметил один из организаторов конференции, профессор информатики Калифорнийского университета в Беркли Алан Джей Смит. — Сегодня всем пришлось столкнуться с одной и той же проблемой. Площадь чипа заметно превосходит полезную площадь монопроцессора, а монопроцессор очень сильно греется. Все работают над параллельными технологиями, потому что решение на их основе оказывается гораздо более эффективным».
Обратная же сторона параллелизма заключается в том, что написать приложения, в которых инструкции выполнялись бы параллельно, очень сложно.