Открытый чип Piton оптимизирован для работы в составе крупных ЦОД

На симпозиуме Hot Chips в Купертино (штат Калифорния), команда Принстонского университета подвела итог стартовавшему в 2013 г. проекту, представив новый компьютерный чип — Piton. В отличие от современных серверных процессоров, мало отличающихся от тех, что используются в ПК, Piton специально спроектирован для максимального повышения производительности и эффективности крупных серверных центров, обеспечивающих онлайновые операции таких компаний как Google или Facebook.

Показанный на конференции Piton имеет 25 64-разрядных ядер с тактовой частотой 1 ГГц, сгруппированных рядами по пять в каждом — так называемая решёточная (mesh) топология, ранее опробованная в чипах таких фирм как Tilera (теперь часть Mellanox).

Каждое ядро использует 64 КБ кэша второго уровня (1,6 МБ на весь чип), оснащено маршрутизатором для ускорения коммуникаций с другими ядрами и блоком плавающей арифметики, в основном предназначенным для крупномасштабных параллельных вычислений.

Обычно кэш-память многоядерного чипа доступна для всех его ядер, что создаёт проблемы при попытках одновременного доступа и изменения. Piton распределяет области кэша и ядра между приложениями, что, по оценкам его разработчиков, увеличивает эффективность на 29% в 1024-ядерной конфигурации. Они также утверждают, что достигаемый выигрыш будет расти с дальнейшим увеличением количества ядер в датацентре.

Ядра Piton способны выполнять последовательно идентичные инструкции из разных программ. Этот приём обеспечивает увеличение энергоэффективности вычислений на 20% по сравнению со стандартными ядрами. Ещё одна инновация, «регулировщик», управляющий доступом программ к внешней памяти, может давать прирост быстродействия до 18%.

Поддержка современных производственных стандартов позволяет реализовать все эти усовершенствования с минимальными затратами. Для того, чтобы ускорить распространение и дальнейшее развитие архитектуры Piton, разработчики предоставили все спецификации в открытом доступе на сайте www.openpiton.org.

При габаритах 6×6 мм, Piton содержит 460 млн транзисторов. Это делает его самым сложным чипом, когда-либо разработанным в академических учреждениях, хотя по количеству ядер он существенно уступает, например, 1000-ядерному KiloCore, созданному в VLSI Computing Lab Калифорнийского университета (UC Davis). Изготовлен Piton с помощью 32-нанометрового процесса компании IBM.

Как утверждает Дэвид Венцлафф (David Wentzlaff), доцент факультета компьютерных наук Принстона, сегодняшний Piton это прототип будущих коммерческих решений, масштабируемых до тысяч ядер на одном чипе и до полумиллиарда ядер на серверный центр.

Интересно, что в основой для Piton послужила модифицированная версия процессора OpenSparc T1 компании Oracle. SPARC использовалась Oracle в её высокоуровневых серверах баз данных, но популярность этой архитектуры в последние годы пошла на спад. Fujitsu недавно сообщила, что будет применять ARM вместо SPARC в своих серверах, в том числе, в суперкомпьютере Post-K, который планируется ввести в строй в 2020 г.