Sokféle alkalmazási terület van, ahol szinte sosem lehet elég erős számítógépeket építeni, állandóan nőnek a számítási kapacitással szemben támasztott elvárások. Ugyanakkor sok olyan feladat is létezik, melyek hiába jól párhuzamosíthatók, a teljesítmény növelésére sem a költségek, sem az elérhető eredmény szempontjából nem kellően hatékony megoldás, ha még több általános célú processzort integrálnak a rendszerbe. A mérnökök ilyenkor heterogén rendszerekben kezdenek el gondolkodni, azaz a processzorok mellé különféle koprocesszorokat, gyorsítókártyákat, speciális szervereket illesztenek.
Bizonyos feladatok igen gyors végrehajtását segíthetik az alkalmazásspecifikus integrált áramkörök (ASIC), melyek viszont csak egyetlen célra alkalmasak. Ugyancsak az adott feladathoz szabhatók, de nagyobb rugalmasságot biztosítanak az átprogramozható áramkörök (field-programmable gate array, FPGA), melyek kedvelt alapjai a professzionális gyorsítókártyáknak. És ha már itt tartunk, nem szabad elfeledkezni a GPGPU projektekről sem, melyekben az eredetileg grafikus vezérlőnek szánt processzorokat használják más munkák elvégzésére. Ennek a területnek a jelentősége egyre nő, a tendenciákat jól mutatja, hogy mind az AMD, mind az NVIDIA külön termékcsaláddal igyekszik kiszolgálni a szegmenst. Különösen az utóbbi tesz látványos erőfeszítéseket, hogy kibontakozó Tesla termékpalettája és a C fejlesztőkörnyezete ne csupán egyre használhatóbb legyen, hanem mind ismertebbé is váljon.
A profi célhardverek piacának egyik fiatal szereplője az IBM, a Toshiba és a Sony által kifejlesztett Cell Broadband Engine, közismert nevén a Cell processzor. Bár népszerű felhasználási területét a PlayStation 3 játékkonzol jelenti, a három cég kezdettől fogva törekszik arra, hogy más alkalmazásokban is teret nyerjen a lapka. Főként az IBM-nek sikerült többféle rendszerben helyet találnia a processzornak, de egyik szoros partnere, a Mercury Computer Systems is készít vele blade szervert és PCI Express csatolós gyorsítókártyát.
Cell processzoros platform a Sonytól
A jelek szerint a Sonynak is elég erőforrása van már ahhoz, hogy a PlayStation 3 után az üzleti és tudományos igényeknek megfelelő megoldást kínáljon a chipre alapozva. A vállalat az augusztus eleji SIGGRAPH 2007 konferencián mutatta be Cell Computing Board nevű platformjának egy prototípusát. Mind a hardver, mind a hozzá kapcsolódó szoftverkörnyezet a fejlesztés egy viszonylag korai stádiumában van, így nem csoda, ha a Sony a szűkszavú tájékoztatás mellett fényképezni sem engedte az áramkört. Kérésünkre a vállalati megoldásokat szállító részleg egyik menedzsere, Niizawa Kozue mégis bővebb információkkal szolgált a készülő terméket illetően.
A Cell Computing Board tömbvázlata
A Cell Computing Board a hasonló, Cell-alapú rendszereknél és kártyáknál szorosabb rokonságot ápol az új PlayStationnel, ugyanis nem csupán a fő processzort, hanem az NVIDIA és a Sony által közösen kidolgozott RSX grafikus chipet is megörökölte. Ez azt jelenti, hogy a platform képezheti olyan eszközök alapját, melyeken ténylegesen vizualizációval, grafikával, videofeldolgozással kapcsolatos kódokat futtatnak, de ha megfelelő szoftverek készülnek, az egész használható lesz egy nagy számítási teljesítményű, általános célú hardverként is sokféle műszaki és tudományos területen.
Egy közeli rokon: a PlayStation 3 alaplapja
A Cell processzor (mely maga is egy PowerPC magból és nyolc SIMD processzorból áll) és az RSX közös memóriaterületet használ, így a két lapka egyetlen heterogén processzorként is felfogható. Fontos különbség a PS3-hoz képest, hogy a Rambus-féle XDR rendszermemória 256 MB-ról 1 GB-ra nőtt, és a Cell Computing Board további tartalékokkal is rendelkezik. A déli hídon (Super Companion Chip, SCC) keresztül 1 GB DDR2 memória érhető el, és opcionálisan az SCC négy PCI Express sávjára egy bővítőmodul ültethető, mely legfeljebb 8 GB tárterülettel szolgál. A Cell processzor maga 230 gigaFLOPs teljesítményt nyújt egyszeres pontosságú számításoknál, ehhez jön a grafikus chip becslések szerint 1,8 teraFLOPs-ot meghaladó kapacitása. Fizikailag a Sony platformja beépíthető lesz egy 1U magas szerverházba, fogyasztása 400 watt alatt marad.
A szoftver a kulcs
Bármilyen előnyökkel is kecsegtet a Cell Computing Board, nem lesz egyszerű dolog a hozzá illő szoftverek elkészítése. A Cell processzorhoz Linux alatt elérhetők a fejlesztőeszközök, az RSX pedig OpenGL-ben vagy az NVIDIA Cg shadernyelvén programozható, a Sony azonban újabb eszközöket, könyvtárakat is elérhetővé fog tenni programok írásához és az elkészült kódok portolásához, optimalizálásához.
Az bizonyos, hogy a hardverből csak akkor válik hatékony munkaeszköz, ha sikerül kihasználni az architektúrában rejlő párhuzamosságokat. A Cell processzor általános célú magja (PPE) két programszálat képes szimultán végrehajtani, ehhez hozzájön a számolásra specializálódott magok (SPE) összesen nyolc szála, de figyelembe kell venni, hogy az I/O- és megszakításkezelésben a PPE a meghatározó elem. Adatszinten a SIMD rendszerű SPE magok biztosítanak módot a párhuzamosításra, hiszen ugyanazt az utasítást több adaton is végre tudják hajtani, legyen szó aritmetikai, összehasonlító vagy bitműveletekről. Egy-egy SPE két hosszú, 26 fokozatú futószalagot tartalmaz, melyek közül az egyik az aritmetikai műveletekért, a másik a betöltések és kiírások elvégzéséért felelős – utasításszinten tehát ismét párhuzamosíthatunk, feltéve, hogy a program olyan szekvenciája kerül a processzorba, melynek két utasítása egyszerre végrehajtható (dual-issue). És ez még csak a Cell processzor volt.
Lehetséges felhasználási területek
Már most körvonalazódik ugyanakkor, hogy vizualizációs feladatokhoz nem kell majd ismét feltalálni a kereket, ugyanis a Sony megállapodott a Houdini 3D animációs szoftvereiről ismert Side Effects Software-rel és a Mental Ray renderelőprogram készítőjével, a Mental Imageszel is arról, hogy profi eszközeik együtt fognak működni a Cell Computing Boarddal is. Kézzelfogható eredményekre 2008 második fele előtt aligha számíthatunk...
