Tusenkjerneprosessor om 15 år?

[A-Jay]

Menneskelige ressurser på utviklingssiden kan virke som en bremsekloss. Det er også noe av grunnen til at vi fortsatt ikke ser fotorealistiske 3D-spill kun sammensatt av unike objekter og steder. Det er veldig mye resirkulering av modeller, steder, mønstre osv fordi det er for menneskelig ressurskrevende å lage alt unikt.

Men med utviklingen av dataressurser vil man også få tilgang til bedre programvare som lar en kode raskere og mer effektivt. Man har jo helt fantastiske verktøy for å tegne 3D-objekt i dag som ville vært helt utenkelig for bare noen få år siden. Så lenge det er et krav at man må programmere skriftlig i C-lignende syntaks er det selvsagt en hemsko, men jeg tror at i fremtiden vil man få nye og mer intuitive måter å designe programmer og spill på. Tenk deg for eksempel dataverktøy som lar deg designe 3D-objekter med hendene, eller datamaskiner som er så intelligente at de kan programmeres med instruksjoner med en langt mer avansert og "menneskelig" grammatikk enn det vi har i dag.

 

Det ligger nok et stykke frem i tid. Men flerkjerneprosessorer vil i så fall være viktig for å kunne oppnå dette, fordi PC-er vil trenge muligheten til å prosessere mange tråder samtidig for å kunne etterligne og tolke menneskelig atferd (feks forme 3D-objekter med hendene eller forklare muntlig hvordan et program skal virke) på en fornuftig måte.

[Arve Systad]

Then again, å lage alt unikt i eit spel for eksempel vil jo kreve endå meir av datamaskina. Og for alt vi veit kan kanskje ei vidareutvikling av teknologi som Microsoft Photosynth stå for å generere eit enormt antall unike objekt til bruk i spel/filmsamanheng.

 

Å kunne lage programvare som held følge med eller får utnytta ny maskinvare er jo halve "gamet" her - kva skal du med tusen prosessorkjernar dersom kun ti av dei faktisk blir brukt?

[Tempus]

Denne artiklen handler om kommunikasjon i mellom kjerner, og da i hovedsak lengden av denne "kommunkasjonslinjen". I dag brukes vanlige elektriske kretser og de har som kjent et problem med å overføre informasjon over avstander. Lengden av disse i dagens multikjerneprosessor er i størrelsesorden sjelden mer enn 1 cm. Hvis de skulle vært lengre så ville hastigheten vært lavere. Dette setter grenser for bl.a hvor mange kjerner det er mulig å ha på en prosessor (sammen med ting som varme)

 

Optiske ledere kan overføre informasjon over lengre avstander med høy hastighet og liten forsinkelse. Derfor om en bytter ut disse elektriskelederne mellom prosessorkjernene med optiskeledere så kan prosessorkjernene godt være plassert 50cm unna hverandre uten at det oppstår noe ytelsestap (sammenlignet med å ha de siden av hverandre). Dette muliggjør f.eks en 1000 kjernes prosessor. Det forenkler også ting som varme fordi når komponentene kan plasseres ved større avstand fra hverandre så blir det ikke produsert så intens mye varme på et lite sted.

[A-Jay]

Denne artiklen handler om kommunikasjon i mellom kjerner, og da i hovedsak lengden av denne "kommunkasjonslinjen". I dag brukes vanlige elektriske kretser og de har som kjent et problem med å overføre informasjon over avstander. Lengden av disse i dagens multikjerneprosessor er i størrelsesorden sjelden mer enn 1 cm. Hvis de skulle vært lengre så ville hastigheten vært lavere. Dette setter grenser for bl.a hvor mange kjerner det er mulig å ha på en prosessor (sammen med ting som varme)

 

Optiske ledere kan overføre informasjon over lengre avstander med høy hastighet og liten forsinkelse. Derfor om en bytter ut disse elektriskelederne mellom prosessorkjernene med optiskeledere så kan prosessorkjernene godt være plassert 50cm unna hverandre uten at det oppstår noe ytelsestap (sammenlignet med å ha de siden av hverandre). Dette muliggjør f.eks en 1000 kjernes prosessor. Det forenkler også ting som varme fordi når komponentene kan plasseres ved større avstand fra hverandre så blir det ikke produsert så intens mye varme på et lite sted.

Men blir ikke flerkjerneprosessorer fort veldig store da?

Endret 9. desember 2007 av A-Jay

[Tempus]

Men blir ikke flerkjerneprosessorer fort veldig store da?

 

Hele greia handler vel i teorien om at en kan lage 1000 kjerneprosessorer. I praksis er det mange forhold som tilsier at det ikke er så lett. Så vidt jeg kan se er også denne antakelsen gjort ut i fra at det er stormaskiner og ikke vanlige desktop-pc'r det er snakk om.

 

Siterer: "Slike prosessorer skal kunne danne grunnlaget for superdatamaskiner på størrelse med en bærbar PC." Om en tar utgangspunkt i dagens teknologi for å lage prosessorkjerner (ikke optiske altså), så vil det være snakk om en "stor" prosessor eller sammenkobling av mange små. Fordelen her er at de kan få plassert alle kjernene må et lite område på størrelsen med en bærbar pc (og muligens med felles ram, nettverk o.l) istedenfor å trenge 10stk. rackskap (og ram pr pc og stort intern nettverk) for å ha plass til samme prosessorkraft (antall kjerner).

[Anders Jensen]

Optiske ledere kan overføre informasjon over lengre avstander med høy hastighet og liten forsinkelse. Derfor om en bytter ut disse elektriskelederne mellom prosessorkjernene med optiskeledere så kan prosessorkjernene godt være plassert 50cm unna hverandre uten at det oppstår noe ytelsestap (sammenlignet med å ha de siden av hverandre).

Helt uten ytelsestap blir det nok ikke. En fremtidig hypotetisk in-order kjerne på 20Ghz med dual issue vil jo kunne gjøre unna ca 140 instruksjoner på den tiden det tar å sende data mellom to kjerner 50cm fra hverandre. Det er omtrent det samme som dagens kjerner kan gjøre på den tiden det tar og hente noe fra RAM. I tillegg har jeg ikke tatt høyde for at de optiske kretsene kan ha ekstra forsinkelse pga serialisering og ECC og ikke at det kan ta noe tid å prosessere en forespørsel.

[Tempus]

Optiske ledere kan overføre informasjon over lengre avstander med høy hastighet og liten forsinkelse. Derfor om en bytter ut disse elektriskelederne mellom prosessorkjernene med optiskeledere så kan prosessorkjernene godt være plassert 50cm unna hverandre uten at det oppstår noe ytelsestap (sammenlignet med å ha de siden av hverandre).

Helt uten ytelsestap blir det nok ikke. En fremtidig hypotetisk in-order kjerne på 20Ghz med dual issue vil jo kunne gjøre unna ca 140 instruksjoner på den tiden det tar å sende data mellom to kjerner 50cm fra hverandre. Det er omtrent det samme som dagens kjerner kan gjøre på den tiden det tar og hente noe fra RAM. I tillegg har jeg ikke tatt høyde for at de optiske kretsene kan ha ekstra forsinkelse pga serialisering og ECC og ikke at det kan ta noe tid å prosessere en forespørsel.

 

Sammenligningen min var bare ett eksempel for å påpeke relativiteten i dette; optiske kretser har høyere overføringshastighet, lavere forsinkelse og lavere energiforbruk enn elektriske kretser.

 

F.eks ville det tatt "betydelig" lengre tid å sende et 20GHz signal over en elektrisk enn en optisk leder av samme lengde.

[Visjoner]

Men med utviklingen av dataressurser vil man også få tilgang til bedre programvare som lar en kode raskere og mer effektivt. Man har jo helt fantastiske verktøy for å tegne 3D-objekt i dag som ville vært helt utenkelig for bare noen få år siden. Så lenge det er et krav at man må programmere skriftlig i C-lignende syntaks er det selvsagt en hemsko, men jeg tror at i fremtiden vil man få nye og mer intuitive måter å designe programmer og spill på. Tenk deg for eksempel dataverktøy som lar deg designe 3D-objekter med hendene, eller datamaskiner som er så intelligente at de kan programmeres med instruksjoner med en langt mer avansert og "menneskelig" grammatikk enn det vi har i dag.

 

Det ligger nok et stykke frem i tid. Men flerkjerneprosessorer vil i så fall være viktig for å kunne oppnå dette, fordi PC-er vil trenge muligheten til å prosessere mange tråder samtidig for å kunne etterligne og tolke menneskelig atferd (feks forme 3D-objekter med hendene eller forklare muntlig hvordan et program skal virke) på en fornuftig måte.

 

Jeg tror du traff spikern på hodet her!

 

Jo mer maskinvarekraft, desto høyere nivå programmering er mulig, eller noe slikt. Likte tankene om å forme 3D-objekter med hendene, og intelligente løsninger som forstår avansert grammatikk. Dette er jo ting som bare MÅ komme etterhvert.

 

 

Optiske ledere kan overføre informasjon over lengre avstander med høy hastighet og liten forsinkelse. Derfor om en bytter ut disse elektriskelederne mellom prosessorkjernene med optiskeledere så kan prosessorkjernene godt være plassert 50cm unna hverandre uten at det oppstår noe ytelsestap (sammenlignet med å ha de siden av hverandre).

Helt uten ytelsestap blir det nok ikke. En fremtidig hypotetisk in-order kjerne på 20Ghz med dual issue vil jo kunne gjøre unna ca 140 instruksjoner på den tiden det tar å sende data mellom to kjerner 50cm fra hverandre. Det er omtrent det samme som dagens kjerner kan gjøre på den tiden det tar og hente noe fra RAM. I tillegg har jeg ikke tatt høyde for at de optiske kretsene kan ha ekstra forsinkelse pga serialisering og ECC og ikke at det kan ta noe tid å prosessere en forespørsel.

 

Jeg brukte Simen1 sitt tall på lyshastighet i fiber: 200000 km pr. sek. Dette gir:

Forsinkelse for 50cm avstand: 0,5m/2*10^8(m/s) = 2,5ns

Periodetid på 20Ghz: 1s/2*10^10(1/s) = 0,05ns

Dvs 2,5/0,05 = 50 perioder = 100 instruksjoner? (sikkert noe jeg har glemt her)

 

Hvis man så vurderer å kjøre på 5Ghz, som kanskje kan være lurt mtp varmeutvikling i et system med massevis av kjerner, er vi nede på 25 instruksjoner. Det er vel ikke så ille, hvis det er snakk om kommunikasjon mellom store clustere av kjerner?

 

Hvor raskt brer forresten strømmen seg i "vanlige" elektriske ledere? Mener å ha lest et sted at det ikke er så langt unna c, men har ikke funnet noe godt dokumentert svar på det.

 

 

-Visjoner-

[Flimzes]

Elektrisitet går med lysets hastighet (300 000km/s). Den er alltid konstant, men jeg vet ikke hvordan det blir når den må sno seg gjennom en leding (den vil jo måtte gå en mange ganger lenger vei siden elektronene svinger rundt massevis av atomkjerner på veien. Men likevel tror jeg ikke det er en merkbar forsinkelse i selve ledningene.

 

Men om optisk overføring er så rask og bra, kan man ikke bruke optikk fra pc til skjerm?

[Anders Jensen]

Visjoner: Jeg la til grunn hastighet på 1c, noe som antagelig ikke er realistisk for lengre distanser siden en antagelig må inn med en form for leder i fast stoff. En kan jo tenke seg at det også er mulig å lage hulrom i en chip som fotonene kan bevege seg i. Videre glemte du at du må tilbake igjen. Så svaret med (2/3)c blir da 200 instruksjoner, men det forutsetter parallell buss med bredde minst like stor som et ord i den aktuelle maskinen og null prosesseringstid. Begge de to forutsetningene er egentlig umulige for praktiske maskiner. Ellers så det greit ut.

[Tempus]

Elektrisitet går med lysets hastighet (300 000km/s). Den er alltid konstant, men jeg vet ikke hvordan det blir når den må sno seg gjennom en leding (den vil jo måtte gå en mange ganger lenger vei siden elektronene svinger rundt massevis av atomkjerner på veien. Men likevel tror jeg ikke det er en merkbar forsinkelse i selve ledningene.

 

Men om optisk overføring er så rask og bra, kan man ikke bruke optikk fra pc til skjerm?

 

Optisk HDMI kabel: http://gizmodo.com/gadgets/peripherals/fib...able-198627.php

[Visjoner]

Elektrisitet går med lysets hastighet (300 000km/s). Den er alltid konstant, men jeg vet ikke hvordan det blir når den må sno seg gjennom en leding (den vil jo måtte gå en mange ganger lenger vei siden elektronene svinger rundt massevis av atomkjerner på veien. Men likevel tror jeg ikke det er en merkbar forsinkelse i selve ledningene.

 

Men om optisk overføring er så rask og bra, kan man ikke bruke optikk fra pc til skjerm?

Antar det er dette du mener, men bare for å få litt klarhet:

Er elektronenes sporadiske og delvis tilfeldige bevegelse i metallet direkte koblet til hastigheten på strømmen? Elektronene i seg selv har jo en hastighet i lederen som er mye lavere enn c (det må de, da de har masse). Det blir jo som en slags domino-effekt, når du dytter på et elektron i den ene enden, skyver du "samtidig" på et elektron i den andre enden. Spørsmålet er hvor raskt dette brer seg. Hvis denne spredningen foregår i nærheten av c, kan det vel ikke være hastigheten som gjør optisk fiber bedre enn elektriske ledere? Kan det istedet ha noe å gjøre med signalkvalitet?

 

 

-Visjoner-

Endret 10. desember 2007 av Visjoner

[Anders Jensen]

Et elektrisk signal brer seg med 0,6c til 0,9c litt avhengig av type leder. TP cabel ligger vel på ca 0,9c mens coax ligger nærmere 0,6c. internt på en chip er en nok ofte i området 0,7c. Igjen dette avhenger at materialet i leder og nærmeste omkrets.

[_Z00L_]

Hvor mye av signalet man "har råd til" å tape, er ikke av like stor betydning som betydningen bak interferens fra ytre og interne kilder, som nok er av en større grad utfordringen med elektriske overføringer.

Frekvensen og bærehastigheten på lys minsker interferens betydelig i forhold til elektrisitet.

Men optikk har også sine svakheter, det er nok en grunn til at det ikke er mulig å implementere dette i hjemmeelektronikk i dag.

[Coffie=JavaCode]

BS, 15 år innen data er så mye at det er umulig å si noe som helst fornuftig om hva slags HW vi kommer til å ha da. Dette er ikke inteligent spekulasjon en gang, dette er gjetting for å skape billig pr som bare de mest tabloide sidene tar opp. Siden de ikke har noe ordentlig stoff å skrive om.

[Kirchhoff]

Litt rart å tenke på at amdme får 1284 kjerner i sitt crossfire system. Viss shadere er kjerner.

[ddd-king]

Hvor mye av signalet man "har råd til" å tape, er ikke av like stor betydning som betydningen bak interferens fra ytre og interne kilder, som nok er av en større grad utfordringen med elektriske overføringer.

Frekvensen og bærehastigheten på lys minsker interferens betydelig i forhold til elektrisitet.

Men optikk har også sine svakheter, det er nok en grunn til at det ikke er mulig å implementere dette i hjemmeelektronikk i dag.

 

 

Fordeler er : null intereferrens, stor båndbredde tillater tette pulser-->høy bitrate, multiplexing ved bruk av mange bølgelengder-->en fysisk kanal kan romme mange busslinjer.

 

Grunnen til at det ikke brukes i komsumerelektronikk er at det fortsatt er dyrt, veldig dyrt.

[Tempus]

Et elektrisk signal brer seg med 0,6c til 0,9c litt avhengig av type leder. TP cabel ligger vel på ca 0,9c mens coax ligger nærmere 0,6c. internt på en chip er en nok ofte i området 0,7c. Igjen dette avhenger at materialet i leder og nærmeste omkrets.

 

Det er ikke selve hastigheten på et elektrisk signal som er problemet, men støy som oppstår når et signal sendes. Signaler i elektriske ledere brer seg som en bølge igjennom hele lederen og er direkte avhengig av lengden av lederen. Hvis en sender et nytt signal gjennom kabelen veldig kort tid etter et annet så vil ikke mottakeren kunne skille signalene (det ser ut som bare et signal ble sendt). Derfor må en vente litt før en kan sende neste signal, og lengre lederen er jo lengre må en vente. Dette er det som skaper forsinkelsen i elektriske ledere.

 

Det er derimot noen ting som kan gjøres for å øke båndbredden i en leder:

 

1. Gjøre lederen kortere (som sagt)

2. Øke tversnittet (ikke lett i små kretser)

3. Øke spenningen (skaper varmeproblem)

4. Lavere motstand (veldig få stoffer med mindre motstand enn kobber som bl.a sølv - dyrt)

[Simen1]

Tempus: Jeg tror du glemmer et viktig punkt:

5. Senke lederens kapistans (som igjen er avhengig av overflateareal)

[Anders Jensen]

Tradisjonelt modeleres ledere i CMOS som RC komponenter men fra og med 90nm har RLC analyse vært nødvendig pga. stadig minkende tverrsnitt. Etter at Cu erstattet Al har nok materialvalg i isolasjonen vært viktigere enn valg av materiale i lederen. Mange produsenter implementerer nå low-k isolator mellom enkelte M-lag for å redusere C komponenten.