Ominąć problem spójności pamięci cache

Oczywiście układ SCC jest obecnie procesorem w całości eksperymentalnym. Nie ma wyśrubowanej wydajności – rdzenie pracują z częstotliwością 533 MHz, routery z szybkością 800 MHz, a pamięć DDR3 z prędkością 800 MHz. Ze względu na prostą architekturę, wybrano też do projektu leciwe już rdzenie procesorów Pentium, gdyż właśnie nie o wydajność tu chodziło, ale sprawdzenie w praktyce możliwości współpracy wielu standardowych rdzeni procesorowych. W przyszłości będzie możliwe np. zastąpienie jąder Pentium jądrami Core i7. Obecny układ SCC ma 48 rdzeni, w tej architekturze możliwe jest jednak połączenie ze sobą 100 czy nawet 1000 rdzeni. Jak zatem konstruktorom Intela udało się rozwiązać problem spójności danych, możliwość projektowania procesorów wielordzeniowych o więcej niż kilkunastu jądrach?

Po prostu zrezygnowano z uzyskiwania spójności danych, wykorzystując model pamięci wirtualnej oraz model oparty na protokole komunikacyjnym MPI (Message Passing Interface, z ang. interfejs transmisji wiadomości/komunikatów), tak jak ma to miejsce w klastrach komputerowych. Trudno więc mówić o spójności danych, gdyż pamięć operacyjna klastra jest rozproszona między poszczególne komputery – dokładnie tak, jak fizycznie, w sprzęcie. Dlatego jeden z komputerów jest komputerem nadrzędnym (tzw. węzeł-serwer) i to on za pośrednictwem protokołu MPI, który służy do przesyłania komunikatów pomiędzy procesami programów równoległych działających na kilku komputerach, rozdziela zadania i dane między pozostałe komputery (węzły-klienty). Węzeł-serwer kontroluje cały klaster i udostępnia pliki klientom. Pełni on także funkcję konsoli dla całego klastra i to przez niego przechodzą wszystkie informacje "z zewnętrznego świata".

W klastrach wykorzystuje się również pamięć wspólną. Obraz pamięci operacyjnej jest w nim widziany przez każdy komputer jako całość, czyli mamy do czynienia z tzw. ciągłą przestrzenią adresową. Oczywiście ta ciągła przestrzeń adresowa ma się nijak do fizycznego rozmieszczenia pamięci RAM, dlatego w klastrach stosuje się oprogramowanie ukrywające fizyczne rozproszenie pamięci. W ten sposób powstaje środowisko określane jako wirtualna (Virtual Shared Memory) lub rozproszona pamięć wspólna DSM (Distributed Shared Memory). Pamięcią wirtualną w klastrach też zarządza węzeł-serwer.

Krzemowa struktura procesora Intel Single-chip Cloud Computer (SCC)

Jak widać, w klastrach komputerowych bardzo ważna jest szybkość wymiany danych, która wpływa na ogólną wydajność systemu. Komunikacja odbywa się za pomocą przełączników lub routerów. Z tego modelu z zastosowaniem routerów komunikacyjnych też skorzystano w procesorze SCC. Intel określił tą architekturę nazwą RIB (Router Interface Block). Przepływność sieci routerowej w układzie Rock Creek wynosi 32 GB/s. Routery w kości SCC są sterowane programowo, przez co udało się osiągnąć dużą elastyczność w przekazywaniu zadań obliczeniowych z kafelka do kafelka oraz w dostępie do wirtualnej pamięci RAM, co jest szczególnie ważne, gdy jednocześnie przetwarzane są różnorodne zadania.

Zmiany w architekturze

Architektura procesorów wielordzeniowych będzie się w najbliższej przyszłości bardzo zmieniać. Najprawdopodobniej w czasie 4-5 lat w naszych domowych komputerach powoli zaczną pojawiać się wielordzeniowe procesory wywodzące się z architektury kart graficznych. Są one bowiem nie tylko łatwiejsze do zaprojektowania, ale również tańsze w produkcji i w zasadzie gotowe do wdrożenia. Układ taki jak SCC Intela raczej nie pojawi się na rynku szybciej niż za 10 lat. Problemem może być tutaj wyprodukowanie na jednej krzemowej płytce względnie taniego procesora zawierającego kilkanaście rdzeni. Co gorsza, jeśli uda się taką kość bez problemu wyprodukować, to mimo wszystko będzie ona wyjątkowo duża, co może stwarzać problemy z jej poprawnym zasilaniem i chłodzeniem.

Przeczytaj także:
Intel WiDi - przesyła obraz bez kabli	OLED - ekrany przyszłości	Nvidia 3D Vision Surround - 3D na trzech monitorach