Intel 48-core cloud computing silicon chip

Intel Labs ha sviluppato il prototipo di un nuovo Single-chip Cloud Computer (acronimo: SCC) il quale include 48 core sullo stesso chip di silicio. Il chip, che comprende al suo interno l'equivalente di 1.3 miliardi di transistor, ha buone potenzialità di utilizzo reale all'interno dei centri di calcolo e di elaborazione dei dati.

Si consideri che le attuali CPU di fascia alta per computer desktop includono al loro interno fino a 4 core, anche se sia Intel che la sua rivale AMD hanno annunciato delle nuove CPU con 6 core per il prossimo anno. Intel aveva già sviluppato in passato (nel 2006 per la precisione) un microprocessore con 80 core. Tuttavia, si trattava principalmente di una dimostrazione all'interno del progetto "Tera-scale", una "prova di concetto" non finalizzata a scopi commerciali; inoltre, gli 80 core non erano delle vere e proprie CPU pienamente funzionali, ma piuttosto degli acceleratori floating-point per calcoli in virgola mobile. SCC, al contrario, è stata espressamente progettata da Intel con un occhio verso i mercati potenziali e le reali applicazioni di questo potente sistema, e ciascun core è basato sull'architettura (stabile e molto diffusa) x86 IA (IA sta proprio per Intel Architecture). Sul programma "Tera-scale Computing Research" sono impegnati Intel Labs Bangalore (India), Intel Labs Braunschweig (Germania), e Intel Labs Researchers negli Stati Uniti.
Possiamo mettere a confronto le caratteristiche basilari dei due progetti nella seguente tabella:

Tera-flop research processor	Single-chip Cloud Computer
Numerosi core "semplici" di tipo floating-point	Numerosi core pienamente funzionali di tipo IA
Studio di un sistema basato sulle "tiles"	Prototipo di microprocessore basato sulle "tiles"
Esplorati i limiti HW di una rete di tipo mesh	Creazione di reti mesh a basso assorbimento e elevate prestazioni
"sleep mode" disponibile a livello di core e di circuito	Regolazione dinamica della tensione e della frequenza
Utilizzo moderato della tecnica di "message passing"	Utilizzo esteso delle tecniche di "message passing" e di condivisione della memoria
Programmabilità limitata	Piena programmabilità per applicazioni di ricerca
Essenzialmente un circuito sperimentale e dimostrativo	Prototipo per applicazioni di ricerca e reali

La tecnologia utilizzata all'interno dell'SCC si pone come obiettivo quello di realizzare processori multi-core con 100 o più core, realizzando in questo modo una vera e propria rete on-chip; altre caratteristiche rimarchevoli dell'SCC sono una funzionalità avanzata di gestione dell'alimentazione e pieno supporto per meccanismi di scambio messaggi tra i vari core. Il chip assomiglia perciò a un "nugolo" (cloud in inglese) di computer integrati sullo stesso supporto di silicio (realizzato in tecnologia 45 nm Hi-K metal-gate) ed è in grado di fornire un elevato livello di efficienza e di risparmio energetico: esso infatti si basa su alcune tecniche innovative che permettono di regolare dinamicamente sia la tensione che la frequenza (il tutto controllabile a livello software) al fine di minimizzare il consumo di energia (si può scendere fino ad un assorbimento minimo di 25W).

All'interno dell'SCC

Internamente, l'SCC consiste delle seguenti parti (si osservi la figura seguente):

24 "piastrelle" (tiles), ciascuna delle quali comprende due core IA al proprio interno
una rete mesh con 24 router e banda pari a 256 Gb/s
4 controllori di memoria DDR3 integrati, con uno spazio totale di memoria indirizzabile fino a 64 Gb per ogni chip SCC
Supporto a livello hardware per la comunicazione attraverso scambio di messaggi

Le piastrelle sono connesse tramite reti mesh in due dimensioni in grado di supportare una banda fino a 256 Gb/s. Inoltre, ciascun core possiede una propria memoria cache di secondo livello (L2), ma non occorre alcun circuito hardware per assicurare la coerenza della cache.

Ciò che rende questa architettura veramente interessante ed innovativa è il fatto che cascun core può potenzialmente eseguire una propria istanza di sistema operativo, con il proprio stack, e comportarsi perciò come un singolo computer in grado di comunicare con gli altri nodi per mezzo di una rete basata sullo scambio di messaggi/pacchetti. I ricercatori Intel hanno dimostrato che la tecnica di comunicazione basata sullo scambio dei messaggi è molto efficiente, e potenzialmente in grado di gestire reti con migliaia di core. Inoltre, l'applicativo software può avere pieno controllo sulla funzionalità di gestione dell'alimentazione: ciascun core può essere singolarmente acceso o spento, ed il suo livello di prestazioni può essere modificato dinamicamente allo scopo di ottenere il minimo livello di assorbimento: l'SCC può far funzionare tutti e 48 i core simultaneamente con un assorbimento massimo pari a 125W (quello minimo è di 25W). Ciascuna "piastrella" (raggruppamento di 2 core) può funzionare con la propria frequenza, mentre un gruppo di 4 piastrelle (8 core) può funzionare con un proprio livello di tensione. Intel chiama questi cluster di core che possono operare a differenti frequenze e tensioni con il termine "isole".

Applicationi dell'SCC

Intel Labs crede fermamente che l'SCC verrà utilizzata come una piattaforma di ricerca per lo sviluppo avanzato di sistemi multi-core; i ricercatori hanno già eseguito il "porting" su SCC di vari tipi di applicazioni, come web server, modellizzazione matematica e fisica, analisi finanziarie, ed essi contano di attirare un numero sempre maggiore di industrie e centri di ricerca nei prossimi mesi.