Кіріспе

Көп өзекті микропроцессорлық микроархитектурасы Cell – 64 биттік көп өзекті микропроцессорлық микроархитектура, қарапайым өнімділігі бар жалпы мақсаттағы PowerPC өзегін, мультимедиа және векторлық өңдеу қолданбаларын, сондай-ақ арнайы есептеудің көптеген басқа түрлерін айтарлықтай жеделдететін оңайлатылған копроцессорлық элементтермен үйлестіреді. Cell – Cell Broadband Engine Architecture (Cell кең жолақтық қозғалтқыш архитектурасы) деген сөздің қысқартылған түрі, көбінесе толық түрі CBEA немесе ішінара Cell BE деп қысқартылады. Cell-дің алғашқы маңызды коммерциялық қолданылуы 2006 жылы шығарылған Sony PlayStation 3 ойын консолі болды. 2008 жылдың мамыр айында Cell негізіндегі IBM Roadrunner суперкомпьютері алғашқы TOP500 LINPACK тұрақты 1.0 петафлопс жүйесі атанды. Mercury Computer Systems компаниясы да Cell негізіндегі жобаларды жасады. Cell архитектурасы қуат тиімділігіне баса назар аударатын, жолақты кеңдігін төменгі задерліге қарағанда басымдыққа қоятын және бағдарламалық кодтың қарапайымдығынан гөрі есептеу өнімділігін жоғары бағалайтын жадтың үйлесімділік архитектурасын қамтиды. Осы себептерге байланысты Cell бағдарламалық құралды әзірлеу үшін күрделі орта ретінде қарастырылады. IBM әзірлеушілерге Cell чиптерін бағдарламалауға көмектесетін Linux негізделген әзірлеу платформасын ұсынады.

Тарих

2000 жылдың ортасында Sony Computer Entertainment, Toshiba Corporation және IBM процессорды жобалау және өндіру үшін "STI" деп аталатын одақ құрды. STI дизайн орталығы 2001 жылдың наурыз айында ашылды. Cell төрт жыл бойы POWER4 процессоры үшін жасалған құралдардың жетілдірілген нұсқаларын пайдаланып жобаланды. Остинде үш компанияның 400-ден астам инженерлері бірлесіп жұмыс істеді, IBM-нің он бір дизайн орталығынан маңызды қолдау алды. Bandai Namco Entertainment компаниясы Cell/BE процессорын өзінің 357 аркадалық тақтасымен және одан кейінгі 369 тақтасымен пайдаланды. 2008 жылдың ақпан айында IBM 45 нм технологиясымен Cell процессорларын шығара бастайтынын хабарлады. 2008 жылдың мамыр айында IBM 65 нм өлшемдегі Cell процессорының жоғары өнімділікті қос дәлдікті қозғалатын нүктелік нұсқасын, PowerXCell 8i-ді таныстырды. 2008 жылдың мамыр айында Opteron және PowerXCell 8i негізіндегі суперкомпьютер, IBM Roadrunner жүйесі, бір петафлопсқа жеткен әлемдегі алғашқы жүйе болды және 2009 жылдың үшінші тоқсанына дейін әлемдегі ең жылдам компьютер болып саналды. Green500 тізіміндегі әлемдегі ең энергия тиімді үш суперкомпьютер де PowerXCell 8i негізінде құрылған. 2009 жылдың тамызында 45 нм Cell процессоры Sony-дің PlayStation 3 Slim консолімен бірге ұсынылды. 2009 жылдың қарашасына қарай IBM 32 APU-ы бар Cell процессорын әзірлеуді тоқтатты, бірақ басқа Cell өнімдерін әзірлеуді жалғастырды.

Коммерциялық мақсатта пайдалану

2005 жылдың 17 мамырында Sony Computer Entertainment компаниясы алдағы PlayStation 3 консолінде қолданылатын Cell процессорының кейбір техникалық сипаттамаларын растады. Бұл Cell конфигурациясында ядрода бір PPE және кремнийде сегіз физикалық SPE бар. Mercury компаниясы содан бері Cell процессорларымен жабдықталған блейд-серверлер, стандартты серверлер және PCI Express үдеткіш карталарын шығарды. Sony-дің жоғары өнімділіктегі ZEGO медиа-компьютерлік сервері 3,2 ГГц Cell/B.E процессорын пайдаланады.

Шолу

Cell Broadband Engine, немесе Cell, көбінесе белгілі, - бұл микропроцессор, дәстүрлі десктоп процессорларының (мысалы, Athlon 64 және Core 2 отбасылары) және NVIDIA және ATI графикалық процессорлары (GPU) сияқты арнайы жоғары өнімді процессорлардың гибриді ретінде жобаланған. Ұзын атауы оның мақсатын көрсетеді, атап айтқанда, қазіргі және болашақ онлайн тарату жүйелеріндегі компонент ретінде қолданылуы; осылайша ол жоғары ажыратымдылықтағы дисплейлерде және жазу құрылғыларында, сондай-ақ HDTV жүйелерінде пайдаланылуы мүмкін. Бұдан өзге, процессорды цифрлық бейнелеу жүйелерінде (медициналық, ғылыми және т.б.) және физикалық модельдеуде (мысалы, ғылыми және құрылымдық инженериялық модельдеу) қолдануға болады. PlayStation 3-те қолданылғанда, оның 250 миллион транзисторы бар. Қарапайым талдау бойынша Cell процессорын төрт бөлікке бөлуге болады: сыртқы кіріс-шығыс құрылымдары, Power Processing Element (PPE) деп аталатын негізгі процессор (екі тараптан бір уақытта көп жіпті PowerPC 2.02 ядросы), Synergistic Processing Elements немесе SPEs деп аталатын сегіз толыққанды ко-процессор, және PPE, кіріс/шығыс элементтері мен SPEs-ті байланыстыратын арнайы жоғары өткізгіштік шешімдік деректер шинасы, Element Interconnect Bus немесе EIB. Математикалық есептерді орындау үшін қажетті жоғары өнімділікке қол жеткізу үшін, мысалы MPEG ағындарын кодтау/декодтау, үш өлшемді деректерді жасау немесе түрлендіру, немесе деректерді Фурье талдауымен өңдеу үшін Cell процессоры EIB арқылы SPE және PPE-ні біріктіреді, толық кэш-сәйкестігі бар DMA (тікелей жадқа қол жеткізу) арқылы негізгі жадқа және басқа сыртқы деректерді сақтау құрылғыларына қол жеткізуге мүмкіндік береді. EIB-ді тиімді пайдалану және есептеу мен деректерді беруді үйлестіру үшін тоғыз өңдеу элементінің (PPE және SPEs) әрқайсысы DMA қозғалтқышымен жабдықталған. SPE-нің жадқа жүктеу/сақтау командалары тек оның жеке жергілікті скретчпад жадына ғана қол жеткізе алатындықтан, әрбір SPE деректерді негізгі жадқа және басқа SPE-лердің жергілікті жадына беру үшін DMA-ға толық тәуелді. DMA операциясы 16КБ дейінгі көлемдегі бір блок аймағын немесе 2-ден 2048-ге дейінгі мұндай блоктардың тізімін көшіре алады. Cell архитектурасындағы маңызды жобалау шешімдерінің бірі – чип ішіндегі деректерді берудің орталық құралы ретінде DMA-ны пайдалану, чип ішіндегі деректерді өңдеуде максималды асинхрондылық пен бір мезгілдестікті қамтамасыз ету мақсатында. Дәстүрлі операциялық жүйені іске қоса алатын PPE, SPE-лерді басқарады және олардың процестерін бастай, тоқтата, үзе және жоспарлай алады. Осы мақсатта PPE, SPE-лерді басқаруға қатысты қосымша командаларға ие. SPE-лерден айырмашылығы, PPE стандартты жадқа жүктеу/сақтау командалары арқылы негізгі жадқа және SPE-лердің жергілікті жадына оқи және жаза алады. Тюринг толық архитектурасына ие болғанына қарамастан, SPE-лер толыққанды автономды емес және олар кез келген пайдалы жұмыс істемес бұрын PPE оларды дайындауы керек. Жүйенің көп бөлігі "қуаты" синергиялық өңдеу элементтерінен келетіндіктен, DMA-ны деректерді беру әдісі ретінде пайдалану және әрбір SPE-нің шектеулі жергілікті жады көлемі бағдарламалық жасақтаманы жасаушыларға үлкен қиындық тудырады, олар осы қуатты барынша пайдалануды қалайды, сондықтан CPU-дан максималды өнімділік алу үшін бағдарламаларды мұқият қолмен баптау қажет. PPE және шина архитектурасы жадты қорғаудың әртүрлі деңгейлерін қамтамасыз ететін әртүрлі жұмыс режимдерін қамтиды, бұл жад аймақтарын SPE-лерде немесе PPE-де іске қосылған белгілі процестерден қол жеткізуден қорғауға мүмкіндік береді. PPE және SPE екеуі де RISC архитектурасы болып табылады, олардың 32 биттік нұсқаулар форматы бар. PPE 64 биттік жалпы мақсаттағы регистр жиынтығын (GPR), 64 биттік қалқыма нүктелік регистр жиынтығын (FPR) және 128 биттік Altivec регистр жиынтығын қамтиды. SPE тек 128 биттік регистрлерді қамтиды. Бұларды 8 биттен 64 битке дейінгі скалярлық дерек түрлері үшін немесе әртүрлі бүтін сандар мен қалқыма нүктелер форматтарында SIMD есептеулері үшін пайдалануға болады. PPE және SPE үшін жүйелік жад адрестері 64 биттік мәндер ретінде көрсетіледі, бұл 264 байт (16 эксабайт немесе 16 777 216 терабайт) теориялық адрестік диапазонды құрайды. Іс жүзінде, осы биттердің бәрі аппараттық құралдарда іске асырылмайды. SPU (Synergistic Processor Unit) процессорының ішкі жергілікті жад адрестері 32 биттік сөз ретінде көрсетіледі. Cell құжаттамасында сөз әрқашан 32 бит, қос сөз 64 бит және төрт сөз 128 бит дегенді білдіреді.

PowerXCell 8i

2008 жылы IBM компаниясы IBM-нің QS22 Blade серверлерінде қолжетімді PowerXCell 8i деп аталатын Cell процессордың жаңартылған нұсқасын жариялады. PowerXCell 65 нм технологиясымен өндіріледі және 32 ГБ-қа дейін DDR2 жадына қолдау көрсетеді, сондай-ақ SPE-де қос дәлдіктік қалқыма нүктелік есептеулердің өнімділігін шамамен 12,8 GFLOPS-тан сегіз SPE үшін 102,4 GFLOPS-қа дейін арттырады, бұл, сәйкес келуіне қарай, сол кездегі NEC SX 9 векторлық процессорының ең жоғары өнімділігімен бірдей. 2008–2009 жылдары әлемдегі ең жылдам суперкомпьютер болған IBM Roadrunner 12 240 PowerXCell 8i процессорларынан және 6562 AMD Opteron процессорларынан тұрды. PowerXCell 8i қуатты суперкомпьютерлері Green500 тізіміндегі ең үздік 6 "экологиялық" жүйенің барлығын қамтыды, бұл әлемдегі ең жоғары MFLOPS/Ватт көрсеткішіне ие суперкомпьютерлер. QS22 және суперкомпьютерлерден өзге, PowerXCell процессоры PCI Express картасында үдеткіш ретінде де қолжетімді және QPACE жобасындағы негізгі процессор ретінде пайдаланылады. PowerXCell 8i RAMBUS жады интерфейсін жойып, DDR2 интерфейстерін және SPE-ді жақсартқандықтан, чиптің құрылымын қайта жасау қажет болды, нәтижесінде чиптің көлемі мен қаптамасы үлкейді.

Сәулет

Cell чипінің әртүрлі конфигурациялары болуы мүмкін, бірақ негізгі конфигурациясы – бір «Қуатты процессор элементі» («PPE») (кейде «Өңдеу элементі» немесе «PE» деп аталады) және бірнеше «Синергиялық өңдеу элементтері» («SPE») құрамындағы көп ядролы чип. PPE және SPE ішкі жоғары жылдамдықты «Элементтер аралық байланыс автобусы» («EIB») арқылы байланыстырылған.

Қуат процессор элементі (PPE)

PPE – PowerPC негізіндегі, екі мәселені бірдей ретпен шешетін, екі жолмен бір мезгілде көп жіпті CPU ядросы, 23 сатылы құбыр желісі сегіз SPE-нің басқарушысы ретінде жұмыс істейді, олар есептеу жүктемесінің көп бөлігін өңдейді. PPE-де реттіліктен тыс орындау мүмкіндіктері шектеулі; ол реттіліктен тыс жүктемелерді орындай алады және орындау құбырларында кешігуді қолдайды. PPE басқа 64-биттік PowerPC процессорларына ұқсас болғандықтан, дәстүрлі операциялық жүйелермен үйлесімді, ал SPE векторлық қалқыма нүктелік кодты орындау үшін арналған. PPE 32 КиБ 1-деңгейлі нұсқаулар кэші, 32 КиБ 1-деңгейлі деректер кэші және 512 КиБ 2-деңгейлі кэштен тұрады. Барлық кэштердегі кэш жолының мөлшері 128 байт. Ол бірлік дәлдіктегі қалқыма нүктелік операциялар үшін толық құбырланған (Altivec 1 екілік дәлдіктегі қалқыма нүктелік векторларды қолдамайды), 64-биттік тіркегіш жинағы бар әр жіпке арналған 32-биттік тұрақты нүктелік құрылғы (FXU), жүктеу және сақтау бірлігі (LSU), 64-биттік қалқыма нүктелік құрылғы (FPU), тармақталу бірлігі (BRU) және тармақталу орындау бірлігі (BXU) бар.

Xbox 360-тағы Ксенон

PPE Cell процессоры үшін арнайы жобаланған, бірақ әзірлеу кезінде Microsoft компаниясы Xbox 360 үшін жоғары өнімді процессорлық ядроны алу үшін IBM компаниясына жүгінді. IBM осы сұранысты қанағаттандырып, PPE-нің сәл өзгертілген нұсқасына және VMX128 кеңейтімдері қосылған үш ядролы Xenon процессорын жасады.

Синергетикалық өңдеу элементтері (SPE)

Әрбір SPE – "синергетикалық өңдеу блогынан" (Synergistic Processing Unit, SPU) және "жад ағынын басқарушыдан" (Memory Flow Controller, MFC) (DMA, MMU және шина интерфейсінен) тұратын қос мәселелі процессор. SPE-де тармақты болжау аппараттары жоқ (сондықтан компиляторға үлкен жүктеме түседі). Әрбір SPE-де тақ және жұп құбырларға бөлінген 6 орындау бірлігі бар: SPU 128 биттік SIMD ұйымымен арнайы әзірленген нұсқаулар жиынтығын (ISA) бір және екі дәлдікті нұсқаулар үшін орындайды. Cell-дің қазіргі буынымен, әрбір SPE-де нұсқаулар мен деректер үшін 256 КиБ салынған SRAM бар, оны "жергілікті сақтау" деп атайды (Sony құжаттарында VRAM-ге сілтеме жасайтын "жергілікті жад" деп жаңылыспаңыз), ол PPE-ге көрінеді және бағдарламалық қамтамасыз ету арқылы тікелей қолжетімді. Әрбір SPE 4 ГиБ-қа дейін жергілікті сақтау жадына қолдау көрсете алады. Жергілікті сақтау дәстүрлі CPU кэші сияқты жұмыс істемейді, өйткені ол бағдарламалық жасақтама үшін ашық емес, сондай-ақ қандай деректерді жүктеу керектігін болжайтын аппараттық құрылымдарды қамтымайды. SPE-де 128 биттік, 128 жазбадан тұратын тіркелгі файлы бар және 90 нм процесінде 14,5 мм² ауданды алады. SPE бір сағат циклында он алты 8 биттік бүтін санмен, сегіз 16 биттік бүтін санмен, төрт 32 биттік бүтін санмен немесе төрт бір дәлдікті қалқыма нүктелі санмен жұмыс істей алады, сондай-ақ жад операциясын орындай алады. SPU жүйелік жадқа тікелей кіре алмайды; SPU құрайтын 64 биттік виртуалды жад адрестері SPU-дан SPE жад ағынын басқарушыға (MFC) жүйелік адрестік кеңістікте DMA операциясын орнату үшін жіберілуі керек. Бір әдеттегі қолдану сценарийінде жүйе SPE-ге шағын бағдарламаларды (тізбектей ұқсас) жүктейді, SPE-ді күрделі операцияның әрбір қадамын орындау үшін тізбектейді. Мысалы, жүйе DVD-ді оқу, бейне және дыбыс декодтау және дисплейге шығару бағдарламаларын жүктеуі мүмкін, ал деректер SPE-ден SPE-ге, соңында теледидарға дейін беріледі. Тағы бір мүмкіндік – кіріс деректерін бөлу және бір операцияны бірнеше SPE параллель орындауы. 3,2 ГГц жиілікте әрбір SPE теориялық 25,6 GFLOPS бір дәлдікті өнімділік береді. Жеке компьютерлердің замандастарымен салыстырғанда, Cell процессорларының жалпы жоғары қалқыма нүктелі өнімділігі Pentium 4 және Athlon 64 сияқты процессорлардағы SIMD блогының мүмкіндіктерін басып озады. Алайда, жүйенің тек қалқыма нүктелі мүмкіндіктерін салыстыру бір өлшемді және қолданбаға қатысты метрика болып табылады. Cell процессорларынан айырмашылығы, мұндай үстел CPU-лары дербес компьютерлерде әдетте қолданылатын жалпы мақсаттағы бағдарламалық қамтамасыз етуге көбірек бейімделген. Intel және AMD процессорлары сағатына бірнеше нұсқауларды орындаумен қатар, тармақты болжаушыларды да қамтиды. Cell бұған компилятор көмегімен өтемақы беру үшін жасалған, онда тармақталуға дайын нұсқаулар жасалады. Екі дәлдікті қалқыма нүктелі операциялар үшін, кейде жеке компьютерлерде және көбінесе ғылыми есептеулерде қолданылатындар, Cell өнімділігі бір шамамен төмендейді, бірақ әлі де 20,8 GFLOPS-қа жетеді (SPE үшін 1,8 GFLOPS, PPE үшін 6,4 GFLOPS). PowerXCell 8i нұсқасы, екі есе дәлдік үшін арнайы жасалған, екі есе дәлдікті есептеуде 102,4 GFLOPS-қа жетеді. IBM-нің сынақтары SPE-лер оптимизацияланған параллель матрица көбейтуді орындау кезінде теориялық ең жоғары өнімділігінің 98% -ын жеткізе алатынын көрсетті. Барлығында, SPE-лерде 2 МБ жергілікті жад бар.

Блед сервері

2007 жылдың 29 тамызында IBM BladeCenter QS21-ді жариялады. Ол бір ваттқа шаққанда 1,05 гигафлопс (гигафлопс) есептеу жылдамдығын қамтамасыз етеді, ал ең жоғары өнімділігі шамамен 460 GFLOPS құрайды, бұл оны бүгінгі күнге дейін ең қуат үнемдейтін есептеу платформаларының біріне айналдырады. Бір BladeCenter шассиі стандартты 42U тіректе секундына 6,4 терафлопс (тераFLOPS) және 25,8 терафлопстан аса есептеу жылдамдығына жетеді. 2008 жылдың 13 мамырында IBM BladeCenter QS22-ді жариялады. QS22 PowerXCell 8i процессорын ұсынады, ол QS21-ге қарағанда екі есе дәлдікпен қалқыма нүктелік есептеулерді орындайды және бір блейдке 32 ГБ-қа дейін DDR2 жадын орнату мүмкіндігін береді. IBM 2012 жылдың 12 қаңтарынан бастап Cell процессорларына негізделген Blade серверлер желісін тоқтату туралы шешім қабылдады.

PCI Express тақтасы

Бірнеше компания IBM PowerXCell 8i чипін пайдаланатын PCI-e тақталарын ұсынады. Оның өнімділігі 2,8 ГГц жиілікте 179,2 GFlops (SP), 89,6 GFlops (DP) деп хабарланады.

Консольдік бейнеойындар

Sony-дің PlayStation 3 бейне ойын консолі Cell процессорының алғашқы өндірістік қолданысы болды, ол 3.2 ГГц жиілікте жұмыс істеп, сегіз операциялық SPE-нің жетісін қамтиды, бұл Sony-ге процессор өндірісіндегі өнімділікті арттыруға мүмкіндік берді. Операциялық жүйеге біреуі резервтелгендіктен, жеті SPE-нің тек алтауына ғана әзірлеушілер қол жеткізе алады.

Үй кинотеатры

Toshiba компаниясы Cell технологиясын пайдаланып HDTV-лерді өндірді. Олар 1920×1080 ажыратымдылықтағы экранда бір уақытта 48 стандартты MPEG 2 ағынын декодтау жүйесін көрсетті. Бұл көрерменге экранда бір мезгілде көрсетіліп тұрған ондаған шағын бейнелердің ішінде арнаны таңдауға мүмкіндік береді.

Суперкомпьютерлік

IBM суперкомпьютері IBM Roadrunner жалпы мақсаттағы x86 64 Opteron және Cell процессорларының қосындысы болды. Бұл жүйе 2008 жылғы маусымдағы Top 500 тізімінде #1 орынды алды, петаFLOPS жылдамдығымен жұмыс істейтін алғашқы суперкомпьютер атанды, стандартты LINPACK сынағы арқылы тұрақты 1,026 петаFLOPS жылдамдыққа қол жеткізді. IBM Roadrunner 65 нм технологиясымен жасалған және 128 биттік тіркегіште екі есе дәлдікпен есептеулерді орындай алатын, жақсартылған SPU-лармен жабдықталған Cell процессорының PowerXCell 8i нұсқасын пайдаланды, бір чипке екі есе дәлдік бойынша 102 GFLOP-қа жетті.

Кластерлік есептеу

PlayStation 3 консольдарының кластерлері Cell blades-ке негізделген жоғары деңгейдегі жүйелерге тартымды балама болып табылады. Теннесси университетінің компьютерлік ғылымдар кафедрасының Джек Донгарра басқаратын инновациялық есептеу зертханасы мұндай қолданысты жан-жақты зерттеді. Terrasoft Solutions компаниясы 8 түйіндік және 32 түйіндік PS3 кластерлерін, Dongarra зерттеуінің іске асырылуы Yellow Dog Linux алдын ала орнатылған күйінде сатады. 2007 жылдың 17 қазанында Wired басылымы алғаш хабарлағандай, PlayStation 3-ті кластерлік конфигурацияда пайдаланудың қызықты мысалын Массачусетс Дартмут университетінің физика факультетінің астрофизигі Гаурав Ханна іске асырды, ол суперкомпьютерлерде жұмсалатын уақытты сегіз PlayStation 3 консолінен құралған кластермен алмастырды. Кейіннен, осы машинаның келесі ұрпағы, қазір PlayStation 3 Gravity Grid деп аталады, 16 машинадан тұратын желіні пайдаланады және Cell процессорын бұзылу теориясын қолдана отырып, екілік қара тесіктің қосылуына арналған есептеулер үшін пайдаланады. Атап айтқанда, кластерде үлкен супермассивті қара тесіктердің кішігірім, тығыз денелерді тартып алуының астрофизикалық симуляциялары жүргізіледі және осыған қатысты ғылыми әдебиеттерде көп рет жарияланған сандық деректер жинақталды. PlayStation 3 қолданған Cell процессорының нұсқасында негізгі процессор және пайдаланушыға қолжетімді 6 SPE бар, бұл Gravity Grid машинасына 16 жалпы мақсаттағы процессор және 96 векторлық процессор ұсынуға мүмкіндік береді. Машинаны құруға бір реттік шығын 9000 долларды құрайды және ол қара тесіктерді модельдеуге жеткілікті, ал дәстүрлі суперкомпьютерде осындай модельдеуді бір рет іске қосу 6000 доллар тұрады. Қара тесіктерді есептеу үшін көп жад қажет емес және олар локальдануға бейім, сондықтан бұл архитектураға өте жақсы сәйкес келеді. Ханна кластердің өнімділігі оның симуляцияларында 100-ден астам Intel Xeon процессорлық ядроға негізделген дәстүрлі Linux кластерінен асып түсетінін мәлімдейді. PS3 Gravity Grid 2007, 2008, 2009 және 2010 жылдары БАҚ назарына іліккен. 2007 жылы Барселонадағы Universitat Pompeu Fabra университетінің биохимия және биофизика зертханасы CellMD бағдарламалық қамтамасына негізделген, бірлескен есептеулер үшін PS3GRID деп аталатын BOINC жүйесін іске қосты, бұл Cell процессоры үшін арнайы жасалған алғашқы жүйе болды. АҚШ Әскери-әуе күштері зерттеу зертханасы жоғары ажыратымдылықтағы спутниктік суреттерді талдау үшін 1700-ден астам PlayStation 3 консолінен құралған кластерді, «Кондор кластері» деп атап орналастырды. Әскери-әуе күштері Кондор кластерінің қуаты бойынша әлемдегі 33-ші ірі суперкомпьютер болады деп мәлімдеді. Зертхана суперкомпьютерді университеттерге зерттеу мақсатында пайдалануға ашты.

Таратылған есептеу

Жарты миллионнан астам PlayStation 3 консольдерінің есептеу қуатының көмегімен Folding@home үлестірілген есептеу жобасы Гиннес рекордтарының әлемдегі ең қуатты үлестірілген желісі деп танылды. Алғашқы рекорд 2007 жылдың 16 қыркүйегінде тіркелді, жоба бір петаФЛОПС-тан асып, үлестірілген есептеу желісі үшін бұрынғысыздай жетістікке қол жеткізді. Бұдан бөлек, ортақ күш-жігердің нәтижесінде 2007 жылдың 23 қыркүйегінде тек PS3 ғана петаФЛОПС деңгейіне жетті. Сол кездегі әлемдегі екінші қуатты суперкомпьютер IBM-нің Blue Gene/L шамамен 478,2 тераФЛОПС өнімділік көрсетті, яғни Folding@home-ның есептеу қуаты Blue Gene/L-ге қарағанда шамамен екі есе жоғары (Blue Gene/L-дегі процессорлардың байланысы Folding@home-дегі орташа желі жылдамдығынан бір миллион есе жылдам болғанымен). 2011 жылдың 7 мамырына қарай Folding@home шамамен 9,3 x86 петаФЛОПС жылдамдығымен жұмыс істеді, оның 1,6 петаФЛОПС-ы 26 000 белсенді PS3 консольдерінің есебінен құралды.

Негізгі фреймдер

IBM 2007 жылғы 25 сәуірде Cell Broadband Engine Architecture микропроцессорларын компанияның System z желісіндегі бас компьютерлеріне интеграциялауды бастайтынын хабарлады. Бұл жаңа мүмкіндіктерге жол ашты.

Парольді бұғаттау

Процессордың архитектурасы, оны дәстүрлі процессорларға қарағанда аппараттық қолдаумен криптографиялық күш қолдану шабуылы қолданбалары үшін тиімдірек етеді.

Жұмыстар кезегі

ЕҚҚ жұмыс кезегін сақтайды, жұмыстарды арнайы процессорлық элементтерде (SPE) жоспарлайды және олардың орындалуын қадағалайды. Әрбір SPE "шағын ядроны" іске қосады, оның міндеті – жұмысты алу, оны орындау және ЕҚҚ-мен синхронизациялау.

Арнайы мақсаттағы кәсіпорындардың өздігінен бірнеше тапсырманы орындауы

Шағын ядро және жоспарлау арнайы мақсаттағы процессорлар (SPE) арасында таратылған. Тапсырмалар синхрондалу үшін мутекстер немесе семафорлар қолданылады, дәл әдеттегі операциялық жүйедегідей. Орындауға дайын тапсырмалар, оларды орындау үшін процессордың (SPE) кезек күтуін күтеді. Бұл конфигурациядағы барлық тапсырмалар үшін процессорлар (SPE) ортақ жадыны пайдаланады.

Ағынды өңдеу

Әрбір SPE жеке бағдарламаны іске қосады. Деректер кіріс ағынынан келіп, SPE-лерге жіберіледі. SPE өңдеуді аяқтаған соң, шығыс деректері шығыс ағынына жіберіледі. Бұл ағынды өңдеу үшін икемді және қуатты архитектураны қамтамасыз етеді, сондай-ақ әрбір SPE үшін жеке кестелеуге мүмкіндік береді. Басқа процессорлар да ағынды тапсырмаларды орындай алады, бірақ жүктелген ядромен шектеледі.

Ашық кодты бағдарламалық жасақтама әзірлеу

2005 жылы IBM әзірлеушілері Linux ядросында Cell қолдауын қосу үшін жаңартуларды ұсынды. Арнд Бергманн (аталған жаңартулардың әзірлеушілерінің бірі) 2005 жылғы LinuxTag іс-шарасында Linux негізіндегі Cell архитектурасын да сипаттады. 2.6.16 нұсқасынан бастап (20 наурыз, 2006 жыл) Linux ядросы Cell процессорын ресми түрде қолдайды. PPE және SPE C/C++ тілінде кітапханалармен ұсынылатын ортақ API арқылы бағдарламаланады. Fixstars Solutions компаниясы IBM және Mercury Cell негізіндегі жүйелерге, сондай-ақ PlayStation 3-ке арналған Yellow Dog Linux-ты ұсынады. Terra Soft Mercury компаниясымен Cell үшін Linux Board Support Package-ті, сонымен қатар IBM BladeCenter JS21 және Cell QS20, Mercury Cell негізіндегі шешімдерді қоса алғанда, басқа Cell платформаларында бағдарламалық қамтамасыз етуді қолдау және дамыту үшін стратегиялық серіктестік құрды. Terra Soft сондай-ақ Y HPC (Жоғары өнімділіктегі есептеулер) кластерін құру және басқару жиынтығын, Y Bio гендік тізбектеу құралдарын ұстап тұрады. Y Bio пакеттерді басқару үшін RPM Linux стандартына негізделген және биоинформатика зерттеушілеріне жұмыстарын тиімдірек атқаруға көмектесетін құралдарды ұсынады. IBM Linux үшін "Spufs" деп аталатын псевдо файлдық жүйені жасады, ол SPE ресурстарына қол жеткізуді және пайдалануды жеңілдетеді. IBM қазіргі уақытта Linux ядросы мен GDB порттарын күтіп тұрады, ал Sony GNU құралдар жиынтығын (GCC, binutils) күтіп тұрады. 2005 жылдың қараша айында IBM өзінің веб-сайтында симулятор мен түрлі құралдардан тұратын "Cell Broadband Engine (CBE) Software Development Kit Version 1.0" бағдарламалық құралын жариялады. Fedora Core 4 үшін ең соңғы ядро мен құралдардың дамытылып жатқан нұсқалары Барселона суперкомпьютерлік орталығының веб-сайтында сақталады. 2007 жылдың тамызында Mercury Computer Systems PlayStation 3 үшін жоғары өнімділіктегі есептеулерге арналған бағдарламалық құралдар жиынтығын шығарды. 2007 жылдың қараша айында Fixstars Corporation Cell үшін бірнеше маңызды OpenCV API-ларын жеделдетуге бағытталған жаңа "CVCell" модулін шығарды. Бағдарламалық есептеулердің бірнеше сынақтарында олар 3,2 ГГц Cell процессорындағы орындалу уақытын 2,4 ГГц Intel Core 2 Duo-дағы сол бағдарламалық қамтамасыз етумен салыстырғанда 6 еседен 27 есеге дейін жылдам деп тіркеді. 2009 жылдың қазан айында IBM POWER6 және CBE үшін OpenCL драйверін шығарды. Бұл кросс-платформалық API-де жазылған бағдарламаларды Cell PSE-де оңай орындауға мүмкіндік береді.

Галерея

Cell/B.E. процессорларының әртүрлі буындарының суреттері және PowerXCell 8i. Суреттер масштабталмаған; Барлық Cell/B.E. процессорларының пакеттері 42,5×42,5 мм, ал PowerXCell 8i пакеті 47,5×47,5 мм өлшемдес.