محققان رایانه ۲۰۰,۰۰۰ هسته ای می سازند

zoomit.ir - حسین خلیلی صفا: محققان دانشگاه پرینستون یک تراشه ۲۵ هسته‌ای با نام Piton طراحی کرده‌اند که از آن برای توسعه یک رایانه‌ی ۲۰۰,۰۰۰ هسته‌ای استفاده خواهند کرد. در این رایانه از پردازش موازی برای بهره‌گیری از قدرت پردازشی ۲۰۰,۰۰۰ هسته استفاده خواهد شد.

محققان دانشگاه پرینستون تراشه‌ای را طراحی کرده‌اند که از وجود ۲۵ هسته‌ی پردازشی بهره‌ می‌برد. این محققان در نظر دارند تا از این تراشه‌ی پردازشی برای ساخت یک رایانه با ۲۰۰,۰۰۰ هسته‌ی پردازشی استفاده کنند. در این رایانه از وجود ۸۰,۰۰۰ تراشه از تراشه‌ی ۶۴ بیتی Piton بهره گرفته می‌شود.

البته باید به این نکته اشاره کرد که این رایانه به این زودی توسعه نخواهد یافت، حال آنکه ساخت این رایانه سناریویی محتمل برای تراشه‌ی مورد نظر است. تراشه پیتون به گونه‌ای طراحی شده که انعطاف‌پذیر و از نظر کار در کنار نمونه‌های دیگر این تراشه مقیاس‌پذیر باشد. دانشمندان در تلاش هستند تا از این موضوع اطمینان حاصل کنند که هسته‌های پردازشی در کنار هم با وجود پردازش بصورت موازی، همگام می‌شوند.

محققان پرینستون طی کنفرانس Hot Chips که این هفته در کاپرتینو برگزار شده، از جزئیات تراشه‌ی پیتون پرده برداشتند. هدف محققان ساخت تراشه‌ای بوده که بتوان از آن در دیتاسنترهای بزرگ با قابلیت مدیریت درخواست‌های شبکه‌های اجتماعی، جستجو و سرویس‌های ابری استفاده شود. تاخیر پاسخگویی در شبکه‌های اجتماعی و سرویس‌های جستجو بستگی مستقیم به قدرت سرورهایی دارد که در دیتاسنترها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پیتون یک تراشه‌ی متن باز است که مبتنی بر طراحی OpenSparc طراحی شده است. در واقع می‌توان این تراشه را نسخه‌ی بهبود یافته‌ای از پردازنده‌ی OpenSparc T1 کمپانی اوراکل خواند.

تا به امروز تراشه‌های متعدد متن بازی توسعه یافته‌اند. معماری مورد استفاده در این تراشه‌ از نوع RISC-V است که توسط SiFive نیز برای طراحی تراشه‌ی جدید مورد استفاده قرار گرفته است. البته شماری از تراشه‌های متن باز طراحی شده برای تفریح طراحی شده‌اند. برای مثال Open Core Fundation در حال طراحی تراشه‌ای متن باز است که مبتنی بر تراشه‌ی مورد استفاده در کنسول بازی Saturn کمپانی سگا در سال ۱۹۹۴ میلادی است.

کمپانی‌ها می‌توانند معماری تراشه‌های متن باز را مورد استفاده قرار داده و آن‌ها را پس از بهینه‌سازی و طراحی برای امور اختصاصی خود به تولید انبوه برسانند. این تراشه‌ را می‌توان با برنامه‌ریزی مجدد به عنوان یک پردازنده‌ی چند هسته‌ای در امور خاص نیز مورد استفاده قرار داد.

این روزها استقبال از معماری تراشه‌های SPARC در حال کاهش است. این معماری توسط اوراکل برای استفاده در تراشه‌ی سرورهای رده بالا در دیتاسنترها مورد استفاده قرار می‌گیرد. فوجیتسو نیز از جمله‌ی کمپانی‌هایی است که بهره‌گیری از این معماری را کنار گذاشته است. ژاپنی‌ها اعلام کرده‌اند که در نسل بعدی ابررایانه‌ی خود که Post-K نام داشته و تا سال ۲۰۲۰ تولید خواهد شد از وجود تراشه‌های قدرتمند ARM بریا سرورها استفاده می‌کنند.

یک تراشه‌ی پیتون از وجود ۲۵ هسته‌ی پردازشی که با طراحی مش که هسته‌ها را به پنج دسته تقسیم می‌‌کند، بهره می‌گیرد. هر یک از هسته‌ها با فرکانس پردازشی یک گیگاهرتزی کار می‌کنند. تراشه‌های مورد نظر را می‌توان از طریق یک رابط به همدیگر و حافظه‌ی DRAM متصل شوند. چیزی که پیتون را به یک تراشه‌ی متفاوت تبدیل می‌کند سیستم حافظه‌ی کش اشتراکی و ارتباطات یک سویه برای استفاده از تمام هسته‌های پردازشی در یک سرور بزرگ است. هسته‌های پردازشی حافظه را نیز با یکدیگر به اشتراک می‌گذراند.

هر یک از هسته‌ها دارای واحد پردازش عملیات ممیز شناور است که برای انجام پردازش‌های موازی بسیار بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اخیرا شاهد افزایش تعداد هسته‌های پردازشی مورد استفاده در انواع تراشه‌ها هستیم که دلیل آن لزوم افزایش قدرت پردازشی واحد‌های پردازشی برای اجرای بهتر بازی‌ها و همچنین عملکرد بهتر سرورها است. کمپانی‌ AMD در تراشه‌های سری ذن خود از وجود ۳۲ هسته‌ی پردازشی بهره خواهد برد، حال آنکه تراشه‌ی زئون E7 اینتل برای استفاده در سرورها از وجود ۲۴ هسته بهره می‌برد.

محققان پرینستون مدعی هستند که تراشه‌ی پیتون بزرگ‌ترین تراشه‌ی توسعه یافته بین نهادهای آموزشی است. البته از نظر تعداد هسته‌ی پردازشی نمی‌توان این ادعا را تایید کرد، چراکه تراشه‌ی KiloCore توسعه یافته در آزمایشگاه VLSI Computing دانشگاه کالیفرنیا از وجود ۱۰۰۰ هسته بهره می‌برد. اما این ادعا از نظر تعداد ترانزیستورهای به کار رفته، صحیح است، چراکه در پیتون بیش از ۴۶۰ میلیون ترانزیستور مورد استفاده قرار گرفته است. البته این تعداد ترانزیستور در قیاس با تراشه‌های توسعه یافته برای کاربردهای بازی و سرور که از وجود چند میلیارد ترازیستور بهره می‌برند، رقم ناچیزی است. دانشمندان تراشه‌ی پیتون را با بهره‌گیری از فرآیند ۳۲ نانومتری IBM توسعه داده‌اند.