Ein neues Design für Computerchips

Heute, MIT-Spin-off Tilera gab bekannt, dass es einen Computerchip mit 64 separaten Prozessoren ausliefert, dessen Design sich drastisch von dem der Chips heutiger Computer unterscheidet. Der neue Chip namens Tile64 vermeidet einige der Geschwindigkeitsengpässe der heutigen Chiparchitektur und kann mit viel geringerer Leistung betrieben werden, sagt Anant Agarwal , Gründer und Chief Technology Officer von Tilera mit Sitz in Santa Clara, CA. Tile64 wird zunächst in Videoanwendungen wie Videokonferenzsystemen und in Netzwerkhardware verwendet, die den Datenverkehr überwacht, um E-Mail-Spam und Viren zu reduzieren.

Multicore-Mesh: Dieser etwa 40 Millimeter große Chip enthält 64 Prozessoren – oder Kerne –, die in einem Mesh-Netzwerk, einer neuen Chiparchitektur, miteinander verbunden sind. Der Prozessor wird derzeit an Unternehmen ausgeliefert, die Videokonferenztechnik und Netzwerkrouter herstellen.

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Chips mit mehreren Recheneinheiten oder Kernen sind nichts Neues. Indem die Kerne jedoch direkt miteinander kommunizieren, hat Tilera eine weit verbreitete Besorgnis hinsichtlich der Realisierbarkeit des Hinzufügens weiterer Kerne zu Mikroprozessoren ausgeräumt. Jeder Prozessor auf dem heutigen Markt ist ein Multicore, sagt Agarwal. Die Industrie hofft, die Anzahl der Kerne alle 18 Monate zu verdoppeln. Ich gehe davon aus, dass wir bis 2014 1.000-Kern-Architekturen haben werden. Aber das Problem ist, dass [aktuelle] Architekturen nicht skalierbar sind.

Bei bestehenden Multicore-Chips kommuniziert jeder Kern mit den anderen über eine Reihe von Drähten, die als Bus bezeichnet werden. Die Leistung leidet nicht unbedingt, wenn sich zwei oder vier Kerne einen Bus teilen, aber wenn 16 oder mehr Kerne versuchen, ihn gleichzeitig zu verwenden, können Daten gesichert werden. Agarwal erklärt, dass der Chip von Tilera keinen zentralen Bus hat. Stattdessen ist jeder Kern mit allen anderen verbunden. Außerdem befindet sich auf jedem Kern ein voll ausgestatteter Prozessor, auf dem ein Betriebssystem ausgeführt werden kann, und Speichercaches, die Daten enthalten, auf die schnell zugegriffen werden muss.

Tatsächlich hat das Tile64 eine Mesh-Struktur, die der des Internets ähnelt, einem Netzwerk, in dem es viele dezentrale Knoten gibt. Ein Grund dafür, dass das Internet Daten so schnell weiterleiten kann, besteht darin, dass Informationspakete durch ein riesiges Netzwerk gesendet werden und Staus vermieden werden können. Wenn alle E-Mails über einen zentralen Server laufen müssten, würde es zweifellos zu Verzögerungen kommen. Tileras Mikroprozessor, sagt Agarwal, ist dem Internet auf einem Chip sehr ähnlich. Und wie das Internet kann der Chip von Tilera elegant skaliert werden; es muss nicht jedes Mal neu gestaltet werden, wenn neue Kerne hinzugefügt werden.

Die Idee, eine Mesh-Architektur für Multicore-Chips zu verwenden, wird seit mindestens einem Jahrzehnt in Forschungslabors des MIT in Stanford und der University of Texas in Austin untersucht. Und vor kurzem kündigte Intel einen Prototypen eines 80-Core-Chips an, der auf einem Mesh basiert. Aber Tilera ist das erste Unternehmen, das ein Produkt anbietet, das die neue Architektur nutzt.

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Viele Kerne zu haben ist gut, aber sie müssen in der Lage sein, bei hohen Datenraten miteinander zu kommunizieren, sagt Jerry Bautista, Co-Direktor von Intels Terascale-Computing-Forschungsprogramm. Die Verwendung eines Netzes hat Vorteile … Staus können Sie ganz einfach bewältigen. Bautista sagt, dass Intel-Forscher versuchen, den besten Weg zu finden, um Mesh-Architekturen – neben anderen experimentellen Designs – in zukünftigen Chips zu implementieren. Er warnt jedoch auch davor, dass es nicht so einfach ist, Massively Multicore-Systeme effizient zum Laufen zu bringen, wie die Hardware neu zu designen.

Wir glauben, dass es eine erhebliche Änderung der Art und Weise geben wird, wie die Leute heute programmieren, um das Beste aus diesen Vielkernsystemen herauszuholen, sagt Bautista. Die Kerne können viele verschiedene Befehle gleichzeitig verarbeiten, sagt er, und Softwareingenieure müssen neue Programmiertechniken erlernen, um die zusätzliche Rechenkapazität voll auszunutzen.

Agarwal von Tilera sagt, dass sein Unternehmen diesem Anliegen Rechnung getragen hat, indem es eine Softwareumgebung bereitgestellt hat, die Kunden dabei hilft, ihre Anwendungen schrittweise zu aktualisieren, zu debuggen und zu optimieren, damit sie auf dem 64-Core-System funktionieren – sogar Anwendungen, die auf einem einzigen Kern ausgeführt werden.

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Die Technologie des Unternehmens wird diese Woche auf der Heiße Chips Symposium in Stanford, Palo Alto. Nathan Brookwood, Gründer von Insight64 , ein Analyseunternehmen, sagt, dass viele Teilnehmer der Konferenz von der Arbeit von Tilera begeistert sind, vor allem, weil sie unmittelbare Anwendungen haben könnte, wie zum Beispiel die Kapazitätserweiterung von Videokonferenzsystemen und die Analyse des Netzwerkverkehrs in Routern. Ich denke, sie haben hier einen potenziellen Gewinner, sagt Brookwood.

Intels Bautista sagt, dass der Markt möglicherweise für einen Chip mit mehr Rechenleistung bereit ist, aber er müsste stromsparend und einfach zu programmieren sein. Er sagt, dass Intel Tilera wie viele Startups, die als erste neue Technologien auf den Markt bringen, im Auge behalten wird, um zu sehen, wie die Kunden reagieren und welche Aspekte der Technologie verbessert werden könnten. Wir nutzen solche Unternehmen, die uns helfen, die Gewässer zu testen, sagt er.

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