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Intel hält 1000-Kern-Prozessor für möglich

22.11.2010 | 07:05 Uhr |

Intel stellte letzte Woche einen 48-Kern-Prozessorchip vor, dessen Architektur beliebiges Zusammenstecken erlaubt und dessen neues Nachrichten/Daten-Austauschprotokoll mit der Vernetzung von bis zu tausend Kernen mithalten kann.

Intel Penryn Quadcore
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© Intel

Intel entwarf einen experimentellen Chip , der 1000 Prozessorkerne integrieren kann. Timothy Mattson, ein Forscher bei Intel, stellte Ende letzter Woche in seinem Vortrag auf der Supercomputer 2010 -Konferenz in New Orleans den I ntel 48-Kern-Clound Computer Chip (SCC) vor und betonte, dass dessen Architektur für bis zu tausend Prozessor-Kerne erweitert werden kann.

Der neue 48-Kern-Chip ist kachel-artig entworfen, diese Prozessorkerne können also beliebig zusammengesteckt werden und letztendlich einen Prozessor mit bis zu 1000 Prozessorkernen erzeugen. Erst dann erwartet Mattson die kritische Schwelle, ab der die Komplexität der Vernetzung der Prozessorkerne die Leistung reduziert und weitere Prozessorkerne zu langsamerer Verarbeitung führen.

Neues Protokoll-Konzept will Engpass beim Speicherzugriff verhindern

Intel ist felsenfest überzeugt, dass die Zukunft der Mikroprozessoren in mehr Prozessorkernen pro Chip liegt. Der Engpass der Entwicklung von Multikern-Chips bei Intel ist jedoch die Voraussetzung, dass alle Prozessorkerne den gleichen Zugriff auf den Cachespeicher haben. Dieser Cache-Zugang wird durch eine Reihe von Protokollen geregelt, deren Aufwand natürlich von der Anzahl der zu verwaltenden Prozessorkernen abhängt. In seinem Vortrag wies Mattson daraufhin, dass der Protokollaufwand eine weitere harte Beschränkung der Hardware-Entwicklung ist.

Mattson vertritt die Position, dass es weitaus vorteilhafter ist, den identischen Cache-Zugang abzuschaffen und den Daten- und Nachrichtenaustausch direkt zuwischen den Prozessorkernen zu erlauben. Sein Entwicklerteam hat dafür neue Protokolle entwickelt, um die Grundlagen für einen Tausend-Prozessorkern Chip zu schaffen.

Neuer Chip = alte Kerne + neue Verkabelung

Intels Forschungsteam "Terascale Research" arbeitete mehrere Jahre am Entwurf des neuen Chips und verteilte Kopien an Forscher und Entwickler, die jetzt Entwicklungsumgebungen dafür entwerfen.

Der erste dieser experimentellen 48-Kern-Chips wurde von Intel bereits vor einem Jahr gebaut und ist eigentlich eine Matrix von 6x4 Dual-Core-Prozessoren mit insgesamt über 1,3 Milliarden Transistoren und einem Energieverbrauch von 25 bis hin zu 125 Watt. Für den Entwurf wurden billige Pentium-Prozessoren von 1994 mit den Standard-Befehlssatz x86 eingesetzt.

Neu hingegen sind der kachel-artige und damit der (fast) beliebig erweiterbare Aufbau, und die Vernetzung und Adressierung der Komponenten. Für jeden Prozessorkern wird eine eigene Schnittstelle spendiert, die den Kern über einen 16-Kilobyte RAM-Datenpuffer an den Router auf dem Chip anbindet. Das Forschungsteam hat laut Mattson eine ganze Reihe von Entwürfen ausgetestet, wie Nachrichten möglichst effizient zwischen den Kernen weitergeleitet werden können. Durch Implementierung des TCP/IP-Protokolls auf dieser Ebene konnte das Team pro Kern ein Linux-basiertes Beriebssystem installieren, aber das Experiment, ein Netzwerk von 48-Linux-Maschinen auf einem einzigen Chip auszuführen bezeichnete Matttson als "eher langweilig".

Die Herausforderung für optimale Nutzung liegt jetzt bei den Programmierern

Als wesentlich interessanter sieht Mattson die Herausforderung, wie Programmierer die einzigartigen Charakteristiken des Chips ausnutzen werden. Intels Forscherteam stellt zum Austausch der Nachrichten zwischen den Kernen eine kleine API-Bibliothek "RCCE" bereit. In den Tests bewiesen die Entwickler, dass die Geschwindigkiet des Datentransfers über RCCE problemlos mit einem TCP/IP-basierten Linux-Cluster mithalten kann.

Als Bonus verwies Mattson auf den flexibel konfigurierbaren Energieverbrauch des Chips hin. Die Frequenz und Stromaufnahme kann für jede Prozessor-Kachel getrennt eingestellt werden und letztendlich durch die Programme dynamisch gesteuert werden. Mattson sieht damit eine Riesen-Herausforderung auf die Programmieren zukommen. "Es ist viel leichter gedacht als getan, anhand des Programmcodes zu entscheiden, wie viele Prozessorkerne mit welcher Taktrate und welcher Energieaufnahme für eine Aufgabe wirklich benötigt werden."

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