Многопоточность давно никого не удивляет, ведь большинство современных процессоров поддерживают выполнение минимум двух потоков на ядро, а у IBM есть и ядра с восемью потоками. Но на конференции Hot Chips 2023 компания Intel продемонстрировала нечто принципиально новое в этом смысле — 8-ядерный RISC-процессор, способный одновременно выполнять до 528 потоков, да ещё и с интегрированным оптическим интерконнектом.
Новинка во всех отношениях любопытная: 66 аппаратных потоков на ядро, довольно объёмный кеш первого уровня (192 Кбайт совокупно для инструкций и данных), 4 Мбайт сверхбыстрой SRAM, а также интегрированные фотонные модули, обеспечивающие оптический интерконнект между несколькими процессорами в системе.
Источник изображений здесь и далее: Intel via ServeTheHome
Поводом для разработки столь необычного процессора стало участие Intel в программе DARPA HIVE, подразумевающей создание эффективных решений для применения в крупномасштабных системах графовой аналитики петабайтного масштаба. По энергоэффективности в такого рода задачах новый чип продемонстрировал тысячекратное превосходство над традиционными архитектурами.
Уникальный чип произведён с использованием 7-нм техпроцесса TSMC с 15 слоями металлизаци, использует тайловую (чиплетную) компоновку и несёт на борту блоки с интегрированной кремниевой фотоникой Ayar Labs. Состоит новинка из 27,6 млрд транзисторов (1,2 млрд транзисторов на ядро) и имеет площадь 316 мм2. В демонстрируемой версии использована упаковка BGA c 3275 контактами.
Архитектура процессорных ядер — RISC с фиксированной длиной команд. При этом сами ядра реализованы довольно необычно, поскольку каждое ядро содержит как многопоточные конвейеры (16 потоков на конвейер), так и быстрые однопоточные, с восьмикратно более высокой производительностью. Имеется кастомный контроллер DDR5, контроллер PCI Express 4.0 x8, а также 32 высокоскоростных AIB-порта.
Последние как раз и реализуются за счёт чиплетов с интегрированной фотоникой. 32 оптических канала на процессор обеспечивают пропускную способность интерконнекта на уровне 1 Тбайт/с, а топология HyperX допускает масштабирование на уровне более 1 млн процессоров. При этом теплопакет одного чипа составляет всего 75 Вт.
Внутренний межъядерный интерконнект использует меш-сеть с топологией 2D и 16 специальных маршрутизаторов, обеспечивающих высокую I/O-производительность за пределами кристалла. Эти маршрутизаторы работают на частоте 1 ГГц при напряжении 0,75В, имеют задержку всего 4 такта при ширине соединения 25 байт и пропускную способность 64 Гбайт/с на соединение.
Помимо самого процессора, Intel разработала и OCP-шасси, несущее на борту 16 таких процессоров, 512 Гбайт DRAM и оптическую сеть с производительностью до 16 Тбайт/с в каждом направлении. Благодаря наличию 32 высокоскоростных оптических каналов, в пределах стойки возможно подключение по схеме каждый-с-каждым, не требующая применения дополнительных коммутаторов.
Intel не только продемонстрировала работоспособность систем на базе новых процессоров, но и опубликовала результаты тестирования оптического интерконнекта между двумя демонстрационными системными платами. Задержка при этом не превышает 5 нс. Логически общение ядер в соседствующих процессорах ничем не отличается от внутрипроцессорного, хотя и имеет несколько более высокие задержки. При этом обеспечивается практически линейное масштабирование.
Также известны электрические характеристики: в 75-Вт пакете больше половины приходится на фотонику, и лишь 21 % — на вычислительные ядра. Ещё 16 % потребляет контроллер памяти, остальное приходится на тактовые генераторы, маршрутизаторы и внутренний интерконнект.
При разработке и создании этого уникального процессора Intel пришлось решить ряд технических проблем, в частности, обеспечить надёжное и точное подключение оптических волокон, в том числе в процессе сборки чипа. Для обеспечения приемлемого выхода годных чипов в новинке применен ряд специально разработанных для этого материалов.
Источник:
