האם אדריכלות אלטרנטיבית תשלוט במחשוב העל?

בשנים האחרונות ראינו כמה גישות חדשות ומעניינות למחשוב בעל ביצועים גבוהים, בפרט התרחקות ממעבדים גדולים מסורתיים ולעבר אשכולות של מעבדי x86 עם מאיצים או מעבדי מעבדה כדי להאיץ סוגים מסוימים של חישובים. מתוך התוכנית Supercomputing בשבוע שעבר, ראינו את אינטל דוחפת לשלב את מעבד ה- Xeon Phi שלה עם מעבד שרת ה- Xeon המסורתי שלה כדי להקל על התכנות; Nvidia מציגה גרסה חדשה של מאיץ ה- Tesla GPU שלה; ומיקרון מגבה מעבד מסוג שונה מאוד למחשוב מיוחד עוד יותר. וכל זה קרה בתקופה בה מאיצים ומעבדי מעבדה מגיעים לשלוט ברשימת 500 המובילים של המחשבים המהירים בעולם, מה שמוביל כמה מומחים להציע שמדדי המידה הקיימים נותנים משקל רב מדי למעבדים אלה.

Nvidia הציגה את הצלחותיו באמצעות לוחות המאיץ של טסלה, אשכולות גדולים של GPUs המחוברים למעבדים עיקריים מאינטל או AMD. שבבים כאלה משמשים במגוון רחב של מערכות, כולל מערכת הטיטאן במעבדה הלאומית של אוק רידג 'ומערכת Piz Daint החדשה במרכז מחשוב מחשבים העל השוויצרי הלאומי. מעניין יותר, החברה טוענת כי לוחות טסלה נמצאים בכל 10 המערכות המובילות ברשימת Green 500 האחרונה של מחשבי העל היעילים ביותר באנרגיה בעולם. כל המערכות הללו משתמשות גם ב- Intel Xeons למעט הטיטאן מבוסס AMD Opteron, שהיא המערכת השנייה הכי מהירה בעולם בטופ 500, אך מדורגת הרבה פחות ברשימת Green 500.

בנוסף, Nvidia הודיעה על שותפות עם יבמ להציע את מאיצי הטסלה שלה במערכות המבוססות על ארכיטקטורת IBM Power. יבמ הודיעה מזמן על הביצועים הסדרתיים שלה, ומערכת BlueGene / Q שלה המבוססת על מעבדי כוח מנהלים את מערכת הסקויה במעבדה הלאומית לורנס ליברמור ומערכת המירה במעבדה הארצית בארגונה. העובדה שיבמ ו- Nvidia יעבדו יחד אמור לגרום לכמה מערכות מעניינות בעתיד.

בתערוכה הודיעה החברה על טסלה K40 שלה, הדור הבא של לוח מאיץ ה- GPU שלה. מהחברה נמסר כי היא תציע 1.4 טרה-פלופ של ביצועים בעלי דיוק כפול, זיכרון של 12 ג'יגה-בתים (רוחב פס של 288 ג'יגה-סיביות), ותכונת GPU Boost, המאפשרת לה לפעול במהירות שעון מהירה יותר במצבים מסוימים. זהו שדרוג מסדרת Tesla K20 הקיימת, המשתמש באותו עיצוב GPU בסיסי המיוצר בטכנולוגיית 28nm.

יוזמות אחרות כוללות דרכים להקל על תכנות ה- GPU, כולל CUDA 6, שתומך כעת בזיכרון המאוחד, ומאפשרים למפתחים להתקרב לזיכרון כמאגר יחיד, למרות שזיכרון CPU ו- GPU נותרו נפרדים. החברה תומכת גם ב- OpenACC, אוסף סטנדרטי של הנחיות מהדר המספרת למערכת אילו חלקים בתוכנית (שנכתבו ב- C / C ++ ו- Fortran) ניתן להוריד מהמעבד למאיץ כדי לשפר את הביצועים.

הגישה של אינטל, אותה היא מכנה ארכיטקטורת ה- Core Integrated Core (MIC) שלה, שונה מאוד. הוא משלב מספר ליבות x86 קטנות לשבב בודד הנקרא Xeon Phi. במשך מספר השנים האחרונות אינטל מציינת את העובדה שכולן ה- x86s מקלה על התכנות, למרות שברור שמפתחים עדיין צריכים למקד ישירות לארכיטקטורה. הגרסה הנוכחית של ה- Xeon Phi, הנקראת פינת האבירים, מיועדת לשמש כמאיץ יחד עם שבבי שרת Xeon E מסורתיים יותר, והיא משמשת במגוון המערכות המובילות, כולל Tianhe-2 הסינית (כיום המערכת המהירה ביותר) בעולם) ומערכת Stampede במרכז המחשוב המתקדם באוניברסיטת טקסס.

במסגרת התוכנית, אינטל הכריזה על גרסה חדשה בשם Knights Landing, שתפעל גם כמעבד עצמאי שיכול להשתלב בארכיטקטורת מתלה סטנדרטית ולהפעיל את מערכת ההפעלה ישירות, מבלי שתצטרך מעבד מארח (כמו ה- Xeon E). זה יכול להיות די חשוב בהרחבת הערעור של ה- Xeon Phi, במיוחד בשוק תחנות העבודה. שוב, זה נועד להקל על מפתחי התוכנה לראות אותו כמעבד יחיד. נחיתה של אבירים תהיה זמינה הן כמעבד עצמאי והן כ לוח PCI Express שמתאים למערכות קיימות כשדרוג מ- Knights Corner.

ישנם שינויים משמעותיים נוספים גם ב- Knights Landing, כולל הוספת "זיכרון קרוב", למעשה DRAM המוצע על גבי החבילה עם המעבד ובכך יכול לספק רוחב פס גבוה בהרבה מזיכרון ה- DDR המסורתי, שמוגבל במהירות של האוטובוס. (גם זה מתחיל להיות מהיר יותר, אבל לא כמעט באותה מידה.) זה לא הצעד הראשון בכיוון הזה; יבמ הודיעה את ה- DRAM המשובץ בארכיטקטורת הפאוור שלה במשך שנים ואינטל עצמה מציגה את ה- DRAM המוטבע לגרפיקה בגרסאות ה- Iris Pro ממשפחת Haswell Core שלה. עדיין, ניחושיי שנראה הרבה יותר מאמצים בכיוון זה בשנים הבאות.

בינתיים, אחת הגישות החדשות והמעניינות ביותר מגיעה ממיקרון, שהכריזה על מאיץ חדש בשם מעבד אוטומטה שנועד בעיקר להתמודד עם בעיות נתונים מורכבות בלתי מובנות.

מיקרון תיאר זאת כמציע בד המורכב מעשרות אלפים למיליוני אלמנטים מעובדים המחוברים לפתור משימות ספציפיות. החברה, מהיצרניות הגדולות ביותר של זיכרון DRAM וזיכרון NAND, אומרת כי היא תשתמש בעיבוד מבוסס זיכרון כדי לפתור אתגרי מחשוב מורכבים בתחומים כמו אבטחת רשת, ביואינפורמטיקה, עיבוד תמונה ואנליטיקה. מיקרון תחלק בתחילה את מעבד אוטומטה על גבי לוח PCI-Express בכדי לגרום למפתחים לעבוד איתו, אך החברה מתכננת למכור את המעבדים במודולי זיכרון סטנדרטיים, המכונים DIMMs, או כשבבים בודדים למערכות משובצות. במובנים מסוימים זה נשמע דומה למערכי שערים הניתנים לתכנות בשדה (FPGA), אשר מכוונים לפתור יישומים מסוימים הכרוכים בהתאמת דפוסים.

מהחברה נמסר כי היא עובדת עם ג'ורג'יה טק, אוניברסיטת מיזורי ואוניברסיטת וירג'יניה כדי לפתח יישומים חדשים עבור אוטומטה. למרות שהחברה לא הודיעה על תאריך למוצרים סופיים, ערכה לפיתוח תוכנה אמורה לצאת בשנה הבאה, יחד עם כלי הדמיה.

אוטומטה נשמעת כיצירה שמתבצעת וכנראה שמוקדם לדעת לדעת עד כמה האפליקציות רחבות, אך זו גישה מעניינת.

בסך הכל, אנו רואים את ההתפתחות של מחשוב בעל ביצועים גבוהים. לפני שנים לא רבות, המחשבים המהירים ביותר היו בעיקר רק מספר עצום של מעבדי שרת רגילים. אכן מערכות ה- Blue Blue של יבמ ומערכות המבוססות על Sparc (כמו מחשב K במכון מתקדם למדעי חישוב RIKEN ביפן, המשתמשת במעבדי Fujitsu Sparc) עדיין מהוות חלק גדול מהשוק, כולל חמישה מתוך עשרה המהירים ביותר. מערכות בעולם. אך בשנים האחרונות המומנטום התנופף לעבר מעבדי הספק, כאשר מערכות המשתמשות בטסלה ולאחרונה מאיצי Xeon Phi מהווים יותר מהמערכות החדשות יותר. עם שיפורים במערכות אלה, שותפויות חדשות, תוכנה טובה יותר וכמה גישות חדשות, שוק מחשבי העל עשוי להיות שונה מאוד בעתיד.