بررسي معماری و توانایی های Cell

[KING]

چگونگی پیدایش و توسعه ی سل:
اساسا ایده ی ساخت این ریز پردازنده از بخش سرگرمی سونی SCEI است که برای PS3 برنامه ریزی شد. آغاز این ایده دقیقا از سال 1999 شروع شد موقعی که پدر PlayStation آقای Ken Kutaragi در فکر به کامپیوتری می اندیشید که سیستمی داشته باشد که همانند سیستم های بیولوژیکی (زیست شناختی)عمل کند. بعد از این ایده حق امتیاز این اختراع و اجرایی کردن آن توسط Masakazu Suzuoki و Takeshi Yamazaki در سال 2002 ثبت شد. حال این طرح به این صورت است که سه شرکت بزرگ Sonyو Toshiba و IBM بر روی آن کار می کنند. سونی و توشیبا قبلا در ساخت PS2 با هم همکاری کرده بودند ولی حال سونی می خواهد در این طرح جاه طلبانه با همکاری سه ابر قدرت و به کار گیری تمامی قدرت نیمه هادی های امروزی بر دنیای کنسول ها تسلط کامل پیدا کند. هدف این است که یک پردازنده جدید همه کاره بسازند، برای همین IBM متخصص ترین شرکت در امور سخت افزار و دنیای نیمه هادی وارد این پروژه شد، با این حال که این طرح را به عنوان یک کنسول بازی وارد خانه ها می شود ، ولی در حقیقت یک کامپیوتر به تمام معنا بر پایه ی Cell است. IBM هم برای تحقق دادن به این امر تیمی از بهترین طراحانش را جمع کرد تا بتوانند بهترین پردازنده تاریخ را برای هدفی که سونی دارد تهیه کند.IBM هم صنعت فرایند سیلیکونی را دارد و همیشه در این راستا در حال پیشرفت است و خیلی دیگر از شرکت های سخت افزاری بزرگ نظیر IntelوATiوnVIDIA از این معماری های IBM استفاده می کنند، سونی و توشیبا هم در این میان با علم و دانش الکترونیک خود معماری نو و بهترین تکنولوژی ها را می آفرینند، هر یک از این سه شرکت محصولات و تفکراتی متفاوت دارند و با همکاری این شرکت ها همه ی احتیاجات یک پردازنده متفاوت برای کنسولی متفاوت ایجاد می شود.
حال نوبت به ایده ای جدید می رسد ، این سه شرکت رسما در سال 2000 با هم شریک شدند و بالاخره در مرکز Austin (شهری در تکزاس ) با حضور مهندسانی از هر سه شرکت در مارچ 2001 معماری را تقریبا طراحی و زمان بندی کردند. سرمایه گذاری عظیمی روی این طرح شد و قرار شد برای دو طرح 65 نانومتری تسهیلات و خط تولیدهایی در شرق fishkill و New York احداث کنند،این کار به IBM سپرده شد تا بهترین فرایند ساخت را طراحی کند و در طرف دیگر سونی و توشیبا مامور طراحی ،جمع آوری و خریداری بهترین معماری های الکترونیکی شدند. یکی دیگر از تکنولوژی های برتر سونی Blu ray , HDTV آنها را وادار ساخت تا بهترین و قدرتمند ترین تراشه ها را برای PS3 بسازند تا همه احتیاجات این معماری بزرگ cell را برطرف کند و حال سه شرکت، قدرتمند ترین نیمه هادی ها و تکنولوژی ها را بکار برده اند تا یک ابررایانه چند منظوره را وارد خانه شما کنند، هدف وارد کردن سیستمی با کمترین و بالعکس بهترین و قدر ترین کارایی نسبت به کامپیوتر های امروزی است.


آینده نگری و سل از نگاه ما:
پیشرفت علم الکترونیک و احتیاجات و مصارف آن نیاز به معماری های قدرتمند و بهره ور دارد که باید بتوان از آن اطمینان برقرار کرد و آینده ی خوب برای آن پیش بینی کرد حتی امروزه می بیند که دسته ای از کامپیوتر ها دارای پردازنده های چند هسته ای و یا چند تایی هستند که از آینده دارترین و بهترین نوع کامپیوتر ها بشمار می آیند و خوشبختانه همه ی این احتیاجات را طرح نهایی Cell برطرف کرده و این قابلیت ها را دارا است اما ضعف هایی هم دارد مثلا اینکه در کل یک پردازنده ی یک هسته ای است و دیگر ضعفی که دارد، برنامه نویسی تحت سیستم بسیار پیچیده ی سل است که شاید کمتر برنامه نویسی با آن آشنایی داشته باشد ولی برای راحت شدن کار برای آنها زمان زیادی لازم است ، این چند مورد از ضعف های سل نسبت به پردازنده ی X360 است.



سل چگونه است؟
به گفته ی IBM سل قدرتی بیش از 10 برابر پردازنده های امروزی دارد ( این شامل حال پردازنده ی X360 هم می شود که از نوعی PowerPC ساخت خود IBM استفاده کرده) و حتی قابلیت های بیشتر دارد.کنار هم گذاشتن معماری یک پردازنده تک یا دو هسته ای کار و ایده ای بزرگ نیست و در مقابل این هم چنین طرح بزرگ جاه طلبانه و مغایر با نیاز امروزی برای رسیدن به اهدافی بزرگ شاید کاری درست نباشد. معماری cell به هیچ وجه شبیه ریز پردازنده هایی که امروزه دیده اید نیست ولی بیشتر به طرح های چندین پردازنده ای ابر کامپیوتر ها شبیه است. کمی شباهت به معماری پردازنده های گرافیکی امروزی دارد و همین باعث می شود بهترین بازدهی گرافیکی انجام گیرد و تحولی عظیم در صنعت گرافیک باشد و یکی دیگر از تفاوت های بزرگ این تکنولوژی همه کاره بودن این طرح است که قادر به انجام خیلی از کارها است مثلا به تنهایی می تواند فیلم و صوت پخش و دکودینگ کند ، می تواند کیفیت رنگ را کنترل کند ، می تواند خطا ها را برطرف کند ، می تواند نمایش را مقیاس دهی کند و حتی می تواند به جای پردازشگر گرافیکی با بازدهی فوق العاده عمل کند . همچنین قادر به انجام محاسباتی فوق العاده سنگین در کمترین زمان است،این بخش از دو قسمت تشکیل شده: یکی نرم افزار سل و دیگری سخت افزار سل - داده ها و برنامه ها در قسمت نرم افزار سل قرار دارد و قسمت سخت افزار هم این ها را محاسبه و پردازش میکند و نتیجه را برگشت می دهد.
سل همانند جهنمی از یک پردازنده متفاوت می ماند که به مقدار تئوری قادر به پردازش 256 بیلیون(گیگا فلوپس) نقطه شناور در یک ثانیه در فرکانس کاری 4 گیگاهرتز است.در جهان محاسبات نقل کرد ارقام به سه صورت ( پهنای باند – پردازش – ظرفیت پذیری) است و پیش خود چه می گویید که حداکثر تئوری چیست؟ ما می گوییم دنیای واقعی است و حال می گوییم این تئوری دنیای واقعی حق این پردازنده تاریخی است که شما را همچون معماری زیستی شناختی خود، وارد دنیای حقیقی می کند!




در شکل زیر معماری سل را می بینید:


مصرف نیرو در فرکانس 4 گیگاهرتز در طرح اولی بین 60 تا 80 وات برآورد شده است اما این می تواند در نگارش های بعدی تغییر کند.








تصویری که در زیر مشاهده می کنید طرحی از سل است که به نمایش گذاشته شد:

برای مشاهده این لینک/عکس می بایست عضو شوید ! برای عضویت اینجا کلیک کنید
کش و بخش پذیری سل:
IBMمعماری سطح های کش سل را همانند پردازنده های Power PCو Power خود طراحی کرده است این سری پردازنده ها در سیستم های مکینتاش بکار می رود در نتیجهPPE هم می توانید کلیه ی باینری هایی که سری پردازنده های Power PC , Power اجرا می کند هم اجرا کند.از دیگر خصوصیات سل پشتیبانی از وکتور VMX است این مشخصه سرعت محسابات را افزایش میدهد، میتوان گفت که VMX همانند همان تکنولوژی های MMX,SSE است که در پردازنده های امروزی دیده می شوند ولی VMX خیلی کاربردی تر و تکامل یافته تر است.



اجزای تشکیل دهنده ی سل و توانایی های آن:

• یک PPE
• هشت SPE
• باس به هم متصل شده ی EIB
• واحد هدایت کنترولر حافظه ی در دسترس DMAC
• دو کنترولر حافظه ی XDR
• قادر به پردازش در فرکانس کاری 4 گیگاهرتز
• پهنای باند حافظه : 25.6 گیگا بایت در ثانیه
• پهنای باند ورودی و خروجی : 76.8 گیگا بایت در ثانیه
• پردازش 256 گیگا فلوپس در ثانیه
• 235 میلیون ترانزیستور

مشخصات آخرین طرح سل را می بینید ولی چرا از همین طرح برای PS3 استفاده نشد شاید برای کاهش هزینه و یا کم کردن حرارت تولیدی باشد اما همین هم برای نیاز امروزی خیلی زیاد است و حال چه میشد که به خاطر هوسبازی صنعت ، علم و اقتصاد از طرح قدرتمند تر سل استفاده میشد اما بگذریم از سلی در PS3 بکار رقت که دارای 7spe و فرکانس کاری 3.2 گیگاهرتز است.با این حال ذکر شده که سل با 6spe در مصارف الکترونیکی دیگر بکار خواهد رفت. همچنین IBM میخواهد در مصارف سرور از سل استفاده کند حتی IBM گفته در طرح هایی می خواهد از چندین سل استفاده کند که گیگا فلوپس را به واحد ترا خواهد برد!




حال در این قسمت به معرفی اجزائی از سل می پردازیم:


PPE :
PPE عنصر تکمیل کننده ی نیرو است که مرسوم هسته ی ریز پردازنده است که تکلیف SPE ها را معین میکند که چه چیزی انجام دهند. در یک سیستم مبتنی بر سل، PPE سیستم عامل و برنامه ها را اجرا می کند و قسمت های فشرده ی سیستم عامل را محاسبه می کند و در نتیجه درخواست به SPE ها تحمیل خواهد شد. PPE سل 64 بیتی می باشد و از کش 512 کیلوبایتی استفاده می کند.


SPE :

هر SPE پردازنده حامل خود را داراست ، بدین صورت که می تواند مانند یک پردازنده مستقلاً پردازش کند. هر SPE می تواند 32 گیگا فلوپس پردازش کند بدین معنا که عدد تئوری بدست آمده 256 گیگا فلوپس از حاصل ضرب 8x32 بدست آمده است. SPE ها هم دارای 256 کیلوبایت کش مستقل می باشند. طبق گفته ی IBM هر یک از SPE ها 15 میلی متر مربع هستند که هر کدام هم 5 وات انرژی مصرف می کنند.هر یک از SPE ها می تواند 128 بیت در هر سیکل پردازش کند. حال اگر قدرت کل سل را بخواهیم به طور تئوری محاسبه کنیم باید تعداد SPE ها را در 128 ضرب کنیم بدین طور که 8x128 می شود 1024 ، بدین صورت سل می تواند 1024 بیت در هر سیکل پردازش کند.


XDR:
سونی و توشیبا در صنعت نیمه هادی ها جستجو می کنند تا بهترین حافظه ی اصلی را برای PS3 انتخاب کنند. قویترین تکنولوژی حافظه ی اصلی RAM هم در این زمان Yellowstone است که جدیداً به XDR تغییر نام پیدا کرده ، این تکنولوژی سریع ترین تکنولوژی امروزه صنعت RAM است،خوب پس سونی هم قصد دارد بهترین باشد پس لیسانس این تکنولوژی و همچنین لیسانس معماری FlexIO را از طرف مخترع آن شرکت RAMBUS خریداری می کند. هر دو تکنولوژی XDR و FlexIO از معماری خاصی با نام FlexPhase استفاده می کنند که تراشه را قادر می سازد در مدت زمان کمتر و مصرف کمتر انرژی اقدام به سیگنال دهی کند.بیشتر معماری و احتیاجات سل توسط همین دو تکنولوژی برطرف شده و میتوان گفت که این قدرت سل مدیون RAMBUS است.





حال قدرت این پردازنده را مقایسه می کنیم:

GeForce 7800 GTX قادر به پردازش حدوداً 45 گیگا فلوپس در هر ثانیه است و پردازنده اینتل 3 گیگاهرتز پرسکات قادر به پردازش 6 گیگا فلوپس در هر ثانیه است اما سل قدرتمند PlayStationLover ها دارای قدرت 256 گیگافلوپس در ثانیه است. سل به تنهایی حدوداً 6 برابر از 7800GTX قدرتمند تر است حال بخواهیم قدرت کل PS3 را بگوییم : اگر همه اجزا PS3 به کمک هم بیایند، میتوان بگوییم که حداکثر قدرت گرافیک امروزی PC را در نظر داشته باشید ، قدرت گرافیکی PS3 بیش از 20 برابر قدرت گرافیکی امروزی PC است ولی مطمئن باشید طی چند سال آینده باز PC ابر قدرت گرافیک خواهد شد این ذات این صنعت است ، بی دلیل چنین حرفی نمی گوییم شرکتی مثل Intel قول داده تا سال 2009 پردازنده های بر پایه ی فرایند 32 نانومتری تولید کند این خود باز حرکتی انقلابی در صنعت نیمه هادی ها خواهد بود.

مطمينا" نخوندين چون خيلي طولاني بود :167:

:83:
شاد باشيد

منبع سخت افزار