Cell (полное название архитектуры: Cell Broadband Engine Architecture , также сокращаемое как CBEA , или, в некоторых случаях, Cell BE ) — микропроцессорная архитектура , совместно разработанная Sony , Toshiba и IBM , которые организовали альянс , известный как «STI». Разработка архитектуры и первые прототипы были созданы в за четырёхлетний период с начала марта 2001 года с бюджетом , который, по заявлению IBM, составляет приблизительно 400 млн долл. . Cell совмещает ядро общего назначения архитектуры POWER с сопроцессорами , которые значительно ускоряют обработку мультимедиа и векторных вычислений .

Первое коммерческое применение процессора Cell — в игровой системе Sony PlayStation 3 . Toshiba использует Cell в своих домашних HDTV -кинотеатрах. Экзотические возможности (память и шина ) позиционируют Cell для будущих приложений в супервычислительном пространстве, которые могут использовать всю мощь процессора в вычислениях с плавающей запятой . IBM объявила о планах использования процессоров Cell как дополнительных карт в мейнфреймах , для возможности использования этих машин в качестве серверов для MMORPG .

Архитектура Cell использует новую технологию когерентности памяти , на которую IBM зарегистрировала большое количество патентов. Эта технология ставит акцент на высокую производительность в пересчёте на один ватт потребляемой мощности . Пропускная способность памяти приоритетна по сравнению с латентностью , а пиковая пропускная способность ядра важнее простоты кода . Из-за этого Cell считается сложной платформой для разработки приложений. IBM предоставляет комплексную платформу разработчика, основанную на Linux , для помощи разработчикам в преодолении этих проблем . Основной проблемой остаётся адаптация существующего программного обеспечения под архитектуру Cell. Несмотря на все сложности, исследования показали, что Cell даёт преимущество в некоторых типах научных вычислений .

В ноябре 2006 года из Технологического университета Джорджии был избран директором экспертного центра процессоров Cell STI. Этот центр предназначен для создания сообщества Cell-программистов и расширения поддержки Cell со стороны индустрии.

История

В 2000 году Sony Computer Entertainment , Toshiba Corporation и IBM объединились для разработки и производства процессора Cell. Это объединение стало известно как STI. Центр разработки STI открылся в марте 2001 года . Разработка длилась четыре года, в ней принимали участие более 400 инженеров из трёх компаний при поддержке 11 центров разработки IBM .

За время разработки IBM зарегистрировала большое количество различных патентов , относящихся к архитектуре, процессу изготовления и программирования Cell. Ранняя версия патента включала в себя описание разрабатываемого процессора , состоящего из четырёх «вычислительных элементов», состоящих, в свою очередь, из восьми блоков арифметической обработки каждый.

В окончательной версии процессор называется Cell Broadband Engine (Cell BE), содержит 1 блок « » (PPE) и 8 блоков « » (SPE). PPE имеет RISC-архитектуру POWER и предназначен для работы операционной системы, а также координации работы SPE. Последние являются векторными процессорами архитектуры SIMD . На частоте 3,2 ГГц каждый SPE имеет теоретическую производительность 25,6 GFlops , а 8 SPE позволяют достигать 200 GFlops . Несмотря на то что номинальная частота процессора 4 ГГц, корректная его работа возможна на частотах вплоть до 5,6 ГГц.

Изначально для производства процессора использовалась 90-нм технология КНИ(SOI) , но в марте 2007 года IBM объявила о запуске производства Cell по 65-нм технологии на своём заводе в Восточном Фишкилле, штат Нью-Йорк (США). И в феврале 2008 IBM заявила, что будет производить Cell по технологии 45 нанометров.

Следующее развитие процессора — поколение PowerXCell 32iv, выпуск которого был запланирован на 2010 год. Количество PPE-элементов в нём увеличено в 2 раза, а SPE — в 4, производиться он будет по техпроцессу 45 нм SOI (кремний на изоляторе). Однако в ноябре 2009 года официальные представители IBM заявили, что разработка нового поколения процессоров Cell с 32 SPE-элементами прекращена. Но это не означает, что развитие других, будущих продуктов семейства Cell остановлено.

Коммерческое использование

В мае 2005 года было заявлено об использовании Cell в игровых приставках Sony PlayStation 3 . Рабочая частота была снижена до 3,2 ГГц , а количество доступных SPE ядер — до 6 (одно ядро зарезервировано для нужд ОС , и ещё одно заблокировано для повышения выхода рабочих процессоров, и таким образом удалось существенно снизить цену). Эти процессоры производились по 90 нм технологии .

Осенью 2006 года компания IBM выпустила блейд-сервер , оборудованный двумя процессорами Cell BE. Модули , оборудованные двумя процессорами PowerXCell 8i (модифицированная версия Cell BE с аппаратной поддержкой вычислений двойной точности), используются в суперкомпьютере IBM Roadrunner .

На базе процессора Cell был разработан упрощённый процессор SpursEngine фирмы Toshiba для выполнения мультимедийных задач, таких, как кодирование видеопотока AVCHD .

Характеристики

• Теоретическая производительность: 218 GFlops
• 90-нм технологический процесс (первая ревизия)
• 234 млн транзисторов
• 221 мм²
• частота : 3,2—5,6 ГГц
• Напряжение : 0,9—1,3 В
• Тепловыделение :
  • 80 Вт (4 ГГц, 1,1 В)
  • 180 Вт (5,3 ГГц, 1,3 В)
• Корпус: BGA 42,5×42,5 мм
• Сокет : 1236 контактов
• Межпроцессорная шина 32 ГБ/с на ввод, 44,8 ГБ/с на вывод.
• интегрированный двухканальный контроллер памяти RAM 25 ГБ/с.
• Процессор третьей ревизии — изготовление по 45-нм техпроцессу. PPE состоит из двух процессорных ядер, поддерживает набор команд AltiVec , кеш-память 1-го уровня 64 КБ, кеш-память 2-го уровня 512 КБ, 11-стадийный конвейер . SPE 21 млн транзисторов, 256 КБ локальной памяти, контроллер DMA .

См. также

• SpursEngine

Примечания