27.4. Мультипроцессор Cell

Процессор Cell представляет собой мощную асимметричную многоядерную процессорную систему. Состоит из процессорного элемента Power, чаще всего выполняющего управляющие функции, и из восьми синергичных процессорных элементов, выполняющих основную вычислительную работу. Ядра объединены при помощи двунаправленной кольцевой шины.

Для борьбы с узким местом при доступе в основную память в процессоре Cell в процессорном элементе PPE применяется двухуровневый кэш и аппаратная поддержка двух потоков. В элементах SPE присутствует локальная оперативная память объемом 256 Кбайт и высокопрозводи-тельный блок прямого доступа в память.

Процессор Cell — совместная разработка компаний Sony, Toshiba и IBM, которые организовали альянс, известный как «STI». Разработка архитектуры и первые прототипы были созданы в STI Design Center за четырехлетний период с начала марта2001 года.

Первое коммерческое применение процессора Cell — в игровой консоли SonyPlayStation 3. Toshiba использует Cell в своих домашнихHDTV-кинотеатрах.

С 2006 года компания IBM выпускает блэйд-сервер QS20, оборудованный двумя процессорами Cell BE. МодулиQS22, оборудованные двумя процессорами PowerXCell 8i (модифицированная версия Cell BE с аппаратной поддержкой вычислений двойной точности), используются в суперкомпьютереIBM Roadrunner .

Характеристики

• Теоретическая производительность 218 GFlops

• 90 нм технологический процесс (первая ревизия)

• 234 млн. транзисторов

• Площадь кристалла 221 мм²

• Тактовая частота3,2—5,6 ГГц

• Напряжениепитания 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

• 1236 контактов

• Межпроцессорная шинаFlex I/O32 ГБ/с на ввод, 44,8 ГБ/с на вывод.

• интегрированный двухканальный контроллер памятиXDRRAM 25 ГБ/с.

В настоящее время выпускается процессор третьей ревизии PowerXCell 8i — изготовление идёт по 45 нм техпроцессу. PowerXCell 8i по сравнению с предшественником обладает в пять раз более высоким быстродействием при выполнении операций с плавающей запятой с удвоенной точностью.

27.4.1. Общая структура процессора Cell

Cell представляет собой процессор с архитектурой CBEA (CBEA (Cell Broadband Engine Architecture) — архитектура, расширяющая 64-битную архитектуру), построенный на основе 64-битной архитектуры Power, которая направлена на распределенную обработку данных и выполнение приложений, предназначенных для обработки больших объемов мультимедиа-данных (рис.27.11).

Процессор состоит из набора модулей, объединенных при помощи высокоскоростной шины (EIB), которая представляет собой две пары колец (96 байт за такт), работающих на половине частоты процессора. Пропускная способность канала ввода данных — 35 Гб/с, канала вывода данных — 40 Гб/с, объединенная пропускная способность канала обмена данными с общей памятью — 25,6 Гб/с.

В состав процессора входит 8 одинаковых процессорных модулей (SPE), содержащих процессорное ядро (SPU), локальную память модуля (LS), один процессорный модуль (PPE), содержащий 64-битный процессор, кэши первого и второго уровней, два реконфигурируемых некогерентных интерфейса ввода-вывода (BIC), интерфейс памяти (MIC).

Рис.27.11. Блок-схема мультипроцессора Cell