梦想家关于多核技术的看法

2006年12月22日

在字典里,梦想家的定义是拥有超凡远见和想像力的人。这种描述的确适合身兼英特尔CTO、高级院士及企业技术事业部总监数职的Justin Rattner。Rattner的技术领导能力和对行业的卓越贡献为业界所公认,因其在高性能计算和先进集群通信架构领域的杰出表现,英特尔曾授予他两项成就大奖。

在此次与EETimes-Asia编辑的访谈中,Rattner谈论了英特尔多核解决方案及其对当前计算平台所产生的影响。英特尔公司将台式机用QX6700 Core 2 Extreme 四核处理器和服务器用Xeon 5300处理器的发布,看作是其2006年的谢幕演出。在这里,Rattner还探讨了英特尔目前正在进行的研究活动,以及这些活动将塑造怎样的未来。

英特尔的四核处理器系列进展如何？目前的市场接纳度怎样？

我们为四核处理器的正式投产做好了充足准备。自今年2月Clovertown系统进行公开演示后,我们一直在致力于四核系统的工作,因而有充足的时间来核查并解决所出现的问题。我们期望该产品正式发布后能够可靠无误地运行并迅速量产。

目前市场方面的准备已经很充分,甚至可能远超过我们的预期。在服务器方面,由于市场上的服务器应用大多已是多线程的,所以将这些应用向四核系统移植无需在软件上花太多功夫。在这个领域,提高单位面积的计算能力至关重要,而四核技术无疑在这方面取得了一大进步。因此,我们认为该领域对四核的接纳速度应该会相当迅速。

另一个惊喜是客户端对四核技术的追捧。客户端应用的要求更加严格,因此我们对来自客户端(尤其是高端游戏机)的积极响应感到欣喜。我认为四核将在高端游戏机中取得巨大成功,游戏机将极为快速地转向四核应用。我们甚至在工作站应用中也看到了回应,比如需要同时运行多个程序的金融服务业。说实话,客户端对四核的需求令我们感到惊讶。

那么双核产品呢？从现在开始英特尔是否会将全部焦点集中在多核上？

当然不是。四核系统肯定主要会用于客户机-服务器领域,属于高端产品。而我们大部分的桌面系统和移动系统,在相当长一段时期内仍会采用双核架构。事实上,我们一直在尽可扩展所能覆盖的客户群和市场范围,我认为全面的产品组合将是我们业务实力的源泉。

多核架构将如何改变目前的计算平台和设计平台？超线程技术如何为多核架构做好准备？

影响平台的因素有很多。当然,如果你能将如此多的性能整合到处理器中,你自然会关注平台的其它方面,比如足够的存储带宽、出色的I/O性能等等,所有这些对保持平台的性能平衡都至关重要。设计一个好平台,最为基本的就是获得良好的性能平衡,而这也正是我们一直所坚持的,它非常关键。平台设计必须与处理器的步伐相匹配,我们当然不希望因为缺乏足够的存储器或缺乏足够的I/O性能而限制了这些处理器的潜在性能,所以,在我们的所有设计中,整体性能平衡是我们关注的重点。

超线程(HT)概念从硬件上来说其实跟建立多个物理内核是相同的,所以不论从编程人员,还是从编辑器和操作系统角度出发,它看起来都像是拥有两个物理处理器,只不过这两个处理器共享大部分物理资源。因此为HT处理器开发的程序无需改变就可以移植到多核处理器上。未来某个时候,我们也许在同一个处理器上引入多核HT架构。同样地,它对软件将是完全透明的。

软件是多核计算中的关键,目前英特尔与软件开发商的合作情况如何？

我们正在进行大量投资,在超线程技术推出时,软件开发才真正开始热起来。自从我们去年转向多核技术以来,它开始加速发展。我们正在与全球数百个软件开发商、独立软件开发商(ISV)进行合作(尤其是开发多线程应用),以促进向多核系统的转变。对软件行业而言这是一次重要却又极为困难的转变过程,我们非常清楚这一点,因此会提供广泛的支持。我们同时也在升级我们的工具以及各种软件产品。我们将非常积极地与软件开发商合作,持续提供越来越好的工具。

此外,我们还制定了长远规划。我们了解到,在编写多线程程序和学习并行编程技巧方面,高校及学术机构一直没有给予足够的重视。所以我们启动了一项非常积极进取的计划,把多核指令带入了高校。我们为接近50所大学创建了相关课程,旨在确保学生大学毕业之后有必需的技能来充分发挥多核处理器的效用。

在前不久的IDF上,您特别强调英特尔的万亿次运算研发项目以及45纳米制造工艺,这些领域的进展如何？

45纳米工艺进展非常顺利。坦白说我们已进行建厂,不过尚未投产。我们在俄勒冈州建立了全球首个、目前唯一的45纳米生产厂——D1D工厂,并且已有大量45纳米硅片准备就绪即将投入量产。我们还有两个45纳米厂在建设中,一个在亚利桑那州,明年下半年上线；另外,2008年上半年我们将在以色列建成一个45纳米厂。生产能力已准备就绪,故我们将在明年下半年之前开始量产出货。当然,我们会首先进行样产,但我们现在非常激动。我们可能会获得20%的性能提高。更为重要的是,我们可能会极大降低泄漏功耗将。泄漏功耗是能效性能方程的一部分,即使在处理器空闲时,泄漏也在发生。晶体管会泄漏电流,从而导致消耗掉一部分能量。因此,我们在半导体工艺方面进行了一些创新,可以大幅度减少泄漏功耗。我们将通过45纳米技术继续向前发展。目前,大约12种以上正在开发的产品采用了45纳米技术。鉴于此,我们有足够的信心相信我们的45纳米工艺将按计划上线生产,并有相应的采用该工艺的产品投产。

万亿次运算是我们众多大规模、长期研发活动中的一项,最近取得了一些非常重大的进步。我们已经推出了首款完全可编程的万亿次处理器。我们将对其进行上电测试,而且在明年2月份于旧金山举行的国际电路会议上,我们发表的文章中将会含有该处理器的详细技术细节和试验数据。

真正让我震惊的是,十年前,我曾参与英特尔构建的世界上第一台 teraflop (每秒上万亿次浮点运算)计算机系统的开发工作,该系统占位面积差不多有数千平方英尺,耗电几十万瓦特。现在的这种万亿次运算处理器也是一种teraflop系统,但它全部集成在一块芯片上,而且在执行teraflop运算时,功耗不到100瓦特。相距不过十年,按照摩尔定律,技术的进步就使得房间大小的布满电路板的计算机设备缩小为性能相当的区区一块芯片,这的的确确是一项惊人的成果。

让我们再回到前面提到的平台性能平衡问题,我们非常担心没有足够的存储带宽来匹配万亿次运算处理器。所以,在实验中我们设计了一种特殊的存储芯片,作为这种原型处理器的一部分。该存储芯片可与处理器堆叠在一起,两块芯片完全键合,我们在二者之间采用了数千个同步连接。该存储芯片为处理器提供每秒万亿字节的存储带宽。这样一来,就拥有了万亿次的连续运算能力和每秒万亿字节的存储带宽。我们把这两个设计视作本世纪末开始的万亿次运算系统的关键构建模块。这对我们是很重要的一个步骤,使得我们坚信,我们能够在这个世纪末使这种技术开始向前发展。

英特尔的下一步计划是什么？

我们同时在对许多不同的机会进行调研。我曾提到我对Santa Rosa平台的期许。我认为这是英特尔未来非常重要的一步棋。我们在Santa Rosa平台中初次引入NAND闪存作为超高性能硬盘缓存器。Santa Rosa平台最棒的一点是整合了一种我们称之为Robson的技术,这种技术以一种特殊方式管理闪存,使其成为非常高效的硬盘缓存器。NAND闪存具有的某些特性可能造成一些障碍,但Robson技术可高效管理NAND闪存的存储模块,从而能够对它进行数十万个周期的运行。这样一来,我们完全能够让硬盘看起来比它实际的速度快50甚至100倍。当你启动Santa Rosa平台时,仅仅只需几秒种。在Santa Rosa平台上启动一个应用程序也只需几秒种。而且当你已经使用过某个应用程序时,比方说频繁使用的office程序,它的反应更加迅速。

Santa Rosa平台及其后续平台响应将更加迅捷,我认为用户将会享受到系统非常快速运行、非常快速反应的美好体验。Santa Rosa仅仅是这一系列平台中的第一个。我们将在欢跃(Viiv)平台中采用这种技术,用于娱乐和游戏领域。因此,我认为2007年这些平台的上市将会带给消费者一些真正的惊喜。另外,随着时间的推移,闪存的利用领域还将扩展。关于如何利用好闪存我们还有更多更好的点子,不过这是数年后的话题了。

Justin Rattner