Cell (processore)

Cell è una tipologia di processori sviluppati da IBM in cooperazione con Sony e Toshiba. La famiglia di processori Cell è sviluppata per permetterne un utilizzo quasi universale. Questi nuovi processori dovrebbero essere in grado di coprire i mercati che vanno dalle applicazioni dedicate (embedded) fino al mercato dei mainframe. I processori sono progettati per utilizzare la computazione parallela e la Sony prevede di utilizzarli per la sua nuova console, la PlayStation 3.

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Microprocessore CELL

Sebbene Cell possa avere molte configurazioni la configurazione base prevede un unità chiamata Processing Element (PE) e otto unità "Synergistic Processing Units" ("SPU"). L'unità PE è basata sull'architettura POWER, capace di elaborare 2 thread contemporaneamente ed è la stessa architettura che fornisce la base dei processori utilizzati da Apple e da altri. L'unità PE non è il processore primario, il suo compito è controllare e sincronizzare la unità SPU che dovranno eseguire la maggior parte delle computazioni.

Ogni SPU e un processore vettoriale a 128 bit VLIW, ha una dimensione di 2,5 x 5,8 mm, è in grado anch'esso di eseguire 2 istruzioni simultaneamente ed è dotato di 256 Kbyte di memoria locale a alta velocità. Questa memoria è visibile alla PE in modo che questa possa caricarvi dati o programmi. Ogni SPU è in grado di accedere alla memoria locale di un'altra SPU rapidamente e quindi quando una SPU ha completato delle elaborazioni un'altra SPU può prelevare i dati per successive elaborazioni. Si potrebbe immaginare per esempio nel caso di un lettore di DVD avanzato che una SPU effettui una prima decodifica dei dati, la seconda SPU provveda a adattare l'immagine alla risoluzione dello schermo mentre una terza SPU preleva i dati dalla memoria della prima SPU e decodifichi l'audio digitale adattandolo all'impianto audio disponibile. Ovviamente tutta la gestione e la sincronizzazione delle SPU viene effettuata dall'unità PE. I core comunicano fra loro per mezzo di un bus FlexIO a 6,4 GHz e con la memoria attraverso un bus XDR (Extreme Data Rate) a 3,2 GHz: entrambi si basano su tecnologie di Rambus e sono gestiti da controller integrati nel chip. Grazie ad un accordo stipulato con Rambus nel 2003, le memorie XDR DRAM che equipaggeranno i dispositivi Cell-based verranno prodotte direttamente da Sony e Toshiba. Ogni SPU dovrebbe quindi essere in grado di generare 32 GFLOPS di potenza e di conseguenza, nel complesso, le 8 SPU dovrebbero generare 256 GFLOPS. La potenza di calcolo dell'unità PE VMX non è ben specifica ma dovrebbe essere di circa 32 GFLOPS.

Sotto molti punti di vista Cell assomiglia all'architettura sviluppate da Seymour Cray ma al contrario. Mentre nel CDC 6600 vi era un'unità di calcolo molto veloce e un gruppo di unità più lente dedicate alla gestione e memorizzazione dei dati nell'architettura del Cell l'approccio è opposto. Nel Cell vi è un'unità di gestione e un gruppo di unità veloci dedicate all'elaborazione dei dati. Questa architettura ritiene problematico l'elaborazione dei dati e non il loro recupero dalla memoria centrale.

Guardando l'architettura da un altro punto di vista Cell assomiglia a un moderno Computer da tavolo con un solo processore. Le moderne schede grafiche sono dotate di un unità di elaborazione e di molte unità dedicate alle gestione della grafica poligonale. Queste unità dispongono di un accesso alla memoria molto rapido e spesso sono in grado di condividere delle zone di memoria. Cell estende questa architettura, le unità SPU sono molto più flessibili e potenti delle unità dedicate all'elaborazione dei poligoni e la loro possibilità di comunicazione e sincronizzazione è notevolmente superiore a quella di qualsiasi scheda grafica. Non stupisce quindi che Cell venga utilizzata nella PlayStation 3 per realizzare la più potente accoppiata CPU scheda grafica che una console abbia mai visto.

L'architettura di Cell prevede l'incorporazione di più elementi base (1 PE più 8 GPU) in un solo chip. IBM ha presentato il brevetto di un'unità formata da quattro unità base in grado di sviluppare in teoria 1 Teraflop. Non è chiaro quante unità base verranno incluse nella PlayStation 3 o nei chip per computer.

Le prime versioni di Cell avranno un Clock di 4 o 5 Ghz, nei laboratori sono riusciti a spingere i processori fino a 5.2 Ghz. Secondo Sony i primi processori Cell verranno prodotti con il processo di IBM a 90 nanometri sebbene la piena operatività si avrà con futuro processo di Sony a 65 nanometri e con la possibilità di utilizzare il processo a 45 nanometri che verrà sviluppato nella fabbrica di Nagasaki per la PlayStation 3 se sarà necessario. Attualmente Sony utilizza un processo a 90 nanometri per produrre il chip GS/EE utilizzato dall'unità PlayStation2/DVR disponibile solo in Giappone.

Cell dovrebbe consumare intorno ai 30 watt, all'incirca quanto il processore grafico Emotion Engine che equipaggia la PlayStation 2, e fornire una potenza di calcolo paragonabile a quella di un piccolo cluster di server. IBM afferma che il proprio superchip sarà, in molti casi, fino a 10 volte più veloce rispetto ad un tipico processore per PC, inoltre potrà svolgere buona parte dei calcoli oggi demandati alla scheda grafica.

Saranno disponibili molte varianti del Cell che avranno un diverso numero di unità interne per poter soddisfare le diverse necessità del mercato. Le aziende hanno sviluppato Cell in modo da poter integrare diverse unità in un solo chip in modo economico e se necessario Cell può essere ulteriormente espanso utilizzando reti veloci che collegano più chip in modo da incrementare la potenza di calcolo disponibile.

Progetti simili basati su più core sono sviluppati da molte aziende come per esempio Sun Microsystem che con il progetto MAJC (si pronuncia "magic") sta sviluppando un'alternativa a Cell. Il primo chip MAJC era progettato originariamente per elaborazioni multimediali ma in seguito Sun decise di utilizzare MAJC come base per le sue schede grafiche di alte prestazioni per le sue workstation. Anche lo Stanford University's Imagine Stream Processor shares è un processore concettualmente simile al Cell e al MAJC.

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(In Inglese)