В Intel первый чип Xeon Phi называют сопроцессором, потому что для построения полнофункциональной компьютерной системы к нему необходимо приложить серверный центральный процессор. Источник: Intel
В Intel первый чип Xeon Phi называют сопроцессором, потому что для построения полнофункциональной компьютерной системы к нему необходимо приложить серверный центральный процессор. Источник: Intel

Корпорация Intel представила новое семейство высокопроизводительных процессоров Xeon Phi, появление которых должно стать важным шагом на пути к созданию компьютера с производительностью, превышающей один экзафлопс (1018 плавающих операций в секунду — Прим. ред.). Он должен быть готов к 2018 году.

Чип, разрабатываемый под кодовым наименованием Knights Corner, станет первым процессором Xeon Phi, выпущенным корпорацией Intel в нынешнем году. По словам вице-президента Intel Architecture Group Раджиба Хазры, процессор Knights Corner, предназначенный для суперкомпьютеров, имеет 50 ядер и должен заметно поднять производительность при проведении сложных вычислений и одновременно сократить уровень энергопотребления.

Следующий важный этап на пути развития суперкомпьютеров – преодоление планки в один экзафлопс. Такая производительность примерно в сто раз превышает уровень быстродействия самых мощных современных компьютеров. Производители процессоров Intel и Nvidia уже включились в гонку и приступили к созданию специализированных чипов, способных выполнять значительно большее число операций в секунду, сохраняя энергопотребление на приемлемом уровне. Сегодня суперкомпьютеры должны обладать возможностью организации параллельных вычислений, которая заложена в графические процессоры и чипы, подобные Phi. Это необходимо для проведения сложных научных и математических расчетов.

Чипы Xeon Phi относятся к семейству серверных процессоров Xeon, которые устанавливаются сейчас в большинство серверов, соответствующих современным промышленным стандартам и предназначенных для работы с приложениями облака и баз данных. Корпорация Intel приобрела у компаний Qlogic и Cray целый ряд инфраструктурных технологий, призванных повысить пропускную способность шин передачи данных в суперкомпьютерах.

Чипы Phi считаются ответом Intel на появление графических процессоров Nvidia Tesla, которые имеют сотни вычислительных ядер и уже находят применение в самых быстрых суперкомпьютерах. Второй в мире на сегодняшний день по производительности суперкомпьютер, система Tianhe-1A, развернутая в Национальном суперкомпьютерном центре в китайском городе Тяньцинь, построена на базе процессоров Intel Xeon и графических процессоров Nvidia Tesla. Ее производительность достигает 2,5 PFLOPS. Графические процессоры Nvidia наряду с процессорами AMD используются также в строящемся в Национальной лаборатории в Окридже суперкомпьютере Titan, пиковая производительность которого должна превысить 10 PFLOPS.

В Intel первый чип Xeon Phi называют сопроцессором, потому что для построения полнофункциональной компьютерной системы к нему необходимо приложить серверный центральный процессор (например, Xeon E5). Чипы Phi планируется установить в суперкомпьютере Stampede, который должен быть развернут в центре Texas Advanced Computing Center в Техасском университете до конца текущего года. Пиковая производительность этого суперкомпьютера будет достигать 10 PFLOPS (10 000 триллионов плавающих операций в секунду). Согласно расчетам, процессоры E5 обеспечат 20% производительности суперкомпьютера, а на чипы Knights Corner будет приходиться 80% рабочей нагрузки.

Помимо суперкомпьютеров чипы Xeon Phi начнут использоваться и в других продуктах, требующих высокой производительности процессоров, в частности, в рабочих станциях.

«Мы думаем, что процессоры Xeon Phi найдут применение в ЦОД и особенно в системах организации высокопроизводительных вычислений, – отметил Хазра. – Постепенно сфера их распространения начнет расширяться и охватит область обработки видео, а в некоторых случаях и рендеринг в облаке».

«Для построения компьютеров с производительностью, превышающей экзафлоп, нужно обеспечить быстродействие в 40-50 GFLOPS на каждый ватт потребляемой энергии, – заявил Джон Хенгевельд, директор группы высокопроизводительных вычислений Intel по маркетингу. – У первого чипа Phi производительность будет составлять 4-5 GFLOPS на один потребляемый ватт».

С появлением каждого очередного поколения процессоров Phi корпорация Intel намерена увеличивать соотношение между производительностью и энергопотреблением. Для того чтобы поднять уровень быстродействия самых мощных в мире суперкомпьютеров с 1 PFLOPS до 5 PFLOPS, конструкторам понадобилось четыре года, а вот увеличения производительности с 10 PFLOPS до 20 PFLOPS разработчикам удастся добиться всего лишь за год. И в дальнейшем темпы роста соотношения между производительностью и энергопотреблением будут только расти.

«Потребность в специализированных чипах для выполнения специальных приложений существует всегда, и процессоры Knights Corner достаточно эффективно справляются со стоящими перед ними задачами, – подчеркнул главный аналитик компании Tirias Research Джим Макгрегор. – Но достижение производительности в один экзафлопс к 2018 году с сохранением приемлемого уровня энергопотребления пока остается под вопросом, потому что современные процессоры по-прежнему весьма прожорливы. В конечном итоге разработчикам, несомненно, удастся преодолеть планку в один экзафлопс. Конкретные же сроки будут зависеть от эффективности конструктивных решений, предлагаемых Intel, и от того, как быстро корпорации удастся добиться нужного соотношения между производительностью и энергопотреблением».

Первый процессор Xeon Phi, разрабатывавшийся под кодовым наименованием Knights Corner, имеет норму проектирования 22 нм и изготавливается по той же производственной технологии, которая используется при выпуске новейших процессоров Intel Core для настольных и мобильных компьютеров. Чип устанавливается в разъем шины PCI-Express 2.0 и наряду со стандартными процессорными ядрами содержит блоки векторной обработки.

Первые сообщения о процессоре Knights Corner появились в 2010 году – тогда речь шла о чипах с многоядерной архитектурой MIC (many integrated cores). Научно-исследовательская лаборатория Intel опубликовала информацию о размерах, характеристиках и уровне энергопотребления новых продуктов.

«Начать решено было с набора компактных ядер, поддерживающих небольшое число функций», – сообщил Макгрегор.

Сроки готовности процессоров Knights Corner и цены пока не сообщаются. По словам Хенгевельда, более подробной информации следует ждать во второй половине текущего года.