Клетка

В марте далекого 2001-го началась амбициозная разработка нового процессора — Cell. Задача была поставлена сложная — инженерам предстояло спроектировать и произвести универсальный микропроцессор, производительность которого в момент выхода на рынок должна быть в 10 раз выше, чем у конкурентов! От таких заявлений четыре года назад голова шла кругом. А сегодня — дождались. Анонс!

Процесс
Все эти годы над проектом корпели сразу три компании — Sony, IBM и Toshiba. Детали не разглашались, но доподлинно было известно, что чип многомодулен, сфера применений широка и вообще PlayStation 3 будет работать именно на базе Cell. В 2002-м компании сообщили, что разработка проекта чипа завершена и дело стало за инженерами-схемотехниками, которые должны были создать первые образцы чипа. Процесс этот, понятно, длителен, однако разработчики совершили невозможное по меркам нашего времени — уложились в план, успев к 2005 году!

Анонс
На Международной конференции по твердотельным микросхемам ISSCC 2005 (Solid State Circuits Conference) компании Sony, IBM и Toshiba официально представили общественности свой новейший микропроцессор Cell. Официальные подробности таковы:
• Cell — это многоядерный процессор, способный выполнять массовую обработку данных с плавающей запятой;
• в Cell входят целых девять вычислительных ядер. Главным является 64-разряд RISC-микропроцессор (PPE), построен­ный на базе архитектуры IBM PowerPC. А как аналог микропроцессора G5 (PowerPC 970), он поддерживает технологию векторных вычислений «VMX» от Motorola, многопоточность SMT, мультимедийность SIMD. Основная задача PPE — выполнение кода ОС и управляющих задач; каждый элемент имеет 32 Кбайт кэша инструкций и 32 Кбайт кэша данных L1, а также кэш второго уровня объемом 512 Кбайт;
• его окружают восемь 32-разряд «синергических вычислительных единиц», или SPU (Synergistic Processing Units, согласованных процессорных модулей), подключенных параллельно. Все ЦПУ оптимизированы под выполнение операций с плавающей запятой, что и позволяет компании Sony приравнивать свое детище к разряду «суперкомпьютеров»;
• производительность Cell — 256 млрд операций в секунду (256 Гфлопc), что позволяет создателям называть его «суперкомпьютер на чипе»;
• частота ядра — 4 ГГц. Пиковый показатель, полученный в лабораторных условиях, превысил 4 ГГц, но это еще не значит, что 90-нм версии Cell (изготовленные по технологии SOI) будут официально поддерживать эту частоту — слишком велико потребление в таком режиме;
• площадь кристалла Cell равняется 221 мм2 для 90-нм техпроцесса (площадь двухъядерного Smithfield с 2-Мбайт кэшем ожидается равной 215 мм2). Число транзисторов — 234 млн;
• каждый из совместных (SPU) микропроцессоров имеет по 128 128-бит входных регистров и по 256 Кбайт локальной памяти, что, вкупе с кэшем второго уровня модуля PPE (512 Кбайт), дает общий объем памяти на кристалле, равный 2.5 Мбайт;
• лицензированная у Rambus технология Redwood обеспечивает пропускную способность внутренней шины передачи данных Element Interconnect Bus (EIB), связывающей все SPE с PPE, — 96 байт/такт. Технология Yellowstone позволяет контроллеру памяти работать с двумя каналами памяти XDR, общая пропускная способность которых достигает 25 Гбайт/с. А внешний интерфейс Cell представлен двумя шинами FlexIO с суммарной пропускной способностью 78.6 Гбайт/с. Кстати, именно по этой шине в PS3 будет подсоединен графический процессор от nVidia. В итоге получается, что процессор способен обмениваться данными с внешней памятью со скоростью до 100 Гбайт/с;
• Cell не зависит от платформы и способен, благодаря многоядерности, одновременно выполнять несколько операционных систем. Это важно, ведь Cell планируется внедрять на многих рынках;
• в Cell встроена система аппаратной безопасности, в том числе и нацеленная на защиту авторских прав. Чип разбивает память на защищенные банки, поэтому к материалам могут обращаться только авторизованные приложения;
• прочие возможности — подключение SPU по мере загрузки системы; распределение вычислений между несколькими Cell-устройствами, реагирование в реальном времени на запрос пользователя и создание виртуальных машин.
Применение
Конечно же, наибольший интерес вызы­вает игровая приставка Sony PlayStation 3 на базе Cell. Ее появление, видимо, состоится в мае на выставке игровой индустрии E3 2005, причем не исключено применение 65-нм вариантов Cell (время есть — старт продаж консоли запланирован на 2006 год). По другой информации, анонс может пройти и раньше, так что следите за новостями. Среди слухов — использование в PS3 сразу четырех Cell!
Помимо приставок, новый процессор планируют применять в рабочих станциях (к примеру, тех же разработчиков игр), а также в различного рода бытовой электронике. Правда, в изделия наподобие сотовых телефонов Cell пока не влезет, но в будущем возможно все! К тому же создатели утверждают, что программирование систем, построенных на этом процессоре, не будет вызывать сложностей. Стало быть, и разработчикам не стоит бояться пробовать новое.

Мнения
Критики, конечно, излили свои ложки дегтя. Одни говорят о том, что сложность и асимметричность архитектуры сведут на нет все преимущества процессора, увеличив вероятность ошибок. Мол, Intel Itanium тоже обещал многое, а Emotion Engine (сердце PlayStation 2) так и не вышел «в люди». Во-вторых, энергопотребление и тепловыделение оставляют желать лучшего: Cell требует воздушного охлаждения и потребляет до 130 Вт. Для контроля над ситуацией чип оснащен десятью цифровыми термодатчиками и еще одним для регулировки температуры. В-третьих, память Rambus никого еще до добра не доводила. В-четвертых, новые меры безопасности приводят к более частым обращениям к памяти, что отрицательно влияет на производительность.
Впрочем, ну их, этих критиков. Поживем — увидим. А пока что все так здорово начинается…


Рекомендуем почитать: