IBM在商用計(jì)算機(jī)中植入交互式存儲(chǔ)器

在花費(fèi)多年時(shí)間進(jìn)行研究后，IBM已成為首家在商用處理器中搭載交換式存儲(chǔ)器(transactional memory)的公司。

IBM 為 Lawrence Livemore 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室所開(kāi)發(fā)的 Sequoia 超級(jí)計(jì)算機(jī)，將采用搭載這項(xiàng)全新功能的 BlueGene/Q 處理器 。IBM稍早前在 Hot Chips 大會(huì)中披露了這項(xiàng)消息。預(yù)計(jì)于2012年問(wèn)世的 Sequoia 估計(jì)運(yùn)算效能可達(dá)20 petaflops。

一旦開(kāi)發(fā)完成，這款超級(jí)計(jì)算機(jī)可能會(huì)成為全球最強(qiáng)大的系統(tǒng)之一。該系統(tǒng)較早期的版本已名列最節(jié)能的超級(jí)計(jì)算機(jī)。

交換式存儲(chǔ)器主要是用來(lái)將相關(guān)任務(wù)加以組織，使其成為一項(xiàng)大型工作，以實(shí)現(xiàn)更有效率的處理。它可取代目前系統(tǒng)中去鎖定相關(guān)資料，直到所有作業(yè)均完成的作法，因?yàn)檫@種方法將會(huì)拖累其他計(jì)算機(jī)的運(yùn)作速度。

前Sun Microsystems ──現(xiàn)在是甲骨文(Oracle)的一部分──曾在其Rock微處理器中采用交換式存儲(chǔ)器，Rock微處理器主要針對(duì)大型料庫(kù)計(jì)算機(jī)，然而，Rock處理器卻從未曾真正出貨，因?yàn)檫@個(gè)項(xiàng)目在甲骨文收購(gòu)Sun的時(shí)候被取消了。

一位前Rock工程師表示，經(jīng)過(guò)測(cè)試，Sun發(fā)現(xiàn)其技術(shù)在某些應(yīng)用中具有很大優(yōu)勢(shì)，但在其他領(lǐng)域所能提供的助益卻很有限。不過(guò)，它幾乎不需要特殊的硬件，這位工程師表示。

英特爾(Intel)和微軟(Microsoft)的研究人員也花費(fèi)數(shù)年時(shí)間在交換式存儲(chǔ)器的研發(fā)上。

IBM僅在單顆芯片中，運(yùn)用標(biāo)簽方法(tagging scheme)在芯片的第二層快取存儲(chǔ)器上建置交換式存儲(chǔ)器。這種標(biāo)簽是當(dāng)資料被用在所謂的計(jì)算機(jī)排程原子級(jí)交易(atomic transaction)時(shí)，用來(lái)檢測(cè)任何可能產(chǎn)生的負(fù)載/儲(chǔ)存沖突。

如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)沖突，便可順利處理作業(yè)。一旦出現(xiàn)沖突，芯片會(huì)便要求系統(tǒng)軟件來(lái)解決這些問(wèn)題。

由于使用了快速芯片上存儲(chǔ)器，因此，即使在高度資料競(jìng)用條件下，與傳統(tǒng)的鎖定方案相比，IBM的方法仍可進(jìn)一步降低延遲，IBM資深工程師Ruud Haring表示。

IBM使用其嵌入式DRAM制程打造該芯片的32MB L2快取。存儲(chǔ)器組(memorybank)使用了“許多種簡(jiǎn)潔的技巧”來(lái)建立多版本的快取，Haring說(shuō)。

工程師們對(duì)他們的成果所能呈現(xiàn)的效能相當(dāng)樂(lè)觀，但他們?nèi)匀辉谖⒄{(diào)超級(jí)計(jì)算機(jī)的編譯器，因此目前仍缺乏性能資料。不過(guò)，“感覺(jué)還不錯(cuò)，”Haring說(shuō)。

業(yè)界觀察家表示，IBM的研究很全面，但仍無(wú)法廣泛地被其他設(shè)計(jì)師采用。他們指出，一種更有用的方法，是在由復(fù)雜的快取一致性協(xié)議所連接的更廣泛處理器組合之中建置交換式存儲(chǔ)器。

在全球各地使用IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)的程序設(shè)計(jì)師們，也同時(shí)是高度復(fù)雜的軟件的編程人員，只有他們?cè)谑褂靡恍┖苡邢薜膽?yīng)用程序。因此，他們是測(cè)試交換式存儲(chǔ)器的最佳人選，一些工程師在Hot Chip會(huì)議上表示。

IBM的芯片內(nèi)含18個(gè)核心，其中一個(gè)僅用于處理作業(yè)系統(tǒng)任務(wù)，其他則作為備用裝置。這些核心是以IBM通訊芯片的PowerEN核心為基礎(chǔ)所開(kāi)發(fā)的定制電路。

BlueGene/Q處理器的其他部份則是以ASIC制程進(jìn)行設(shè)計(jì)。這個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)可使用超過(guò)100,000顆芯片。這些芯片時(shí)脈速度為1.6GHz，在55W下可提供204Gflops效能，包含14.7億顆晶體管，尺寸為19 x 19mm。

BlueGene/Q使用了18個(gè)PowerEN核心。