The BlueGene/Q uses 18 PowerEN-based cores.

圖：BlueGene/Q處理器使用了18個(gè)基于PowerEN的內(nèi)核。

IBM已經(jīng)成為首家交付使用事務(wù)型內(nèi)存的商用微處理器的公司。事務(wù)型內(nèi)存是多內(nèi)核芯片研究人員研究了多年的一種新部件。

Sequoia超級(jí)計(jì)算機(jī)是IBM正在為L(zhǎng)awrence Livermore國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研制的一種超級(jí)計(jì)算機(jī)，而這種計(jì)算機(jī)中使用的BlueGene/Q處理器就將采用IBM在Hot Chips大會(huì)上發(fā)表的論文中披露的這種新部件。Sequoia將在2012年完工，有望提供20petaFLOPs（peta＝1015）的強(qiáng)大性能。

當(dāng)Sequoia完工時(shí)，這臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)可能成為世界上功能最強(qiáng)大的系統(tǒng)之一。而這種系統(tǒng)的一個(gè)早期版本就已經(jīng)被列為具有最高能效的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一。

事務(wù)型內(nèi)存是將相關(guān)任務(wù)組織為一個(gè)大任務(wù)以便更加高效處理的一種方式。它能替代目前鎖定數(shù)據(jù)直到一個(gè)復(fù)雜任務(wù)完成的傳統(tǒng)方法，而這種傳統(tǒng)方法有可能降低計(jì)算機(jī)其它操作的速度。

以前的Sun Microsystems（現(xiàn)在是Oracle的一個(gè)部門）曾在用于大型數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)的Rock微處理器中實(shí)現(xiàn)過(guò)事務(wù)型內(nèi)存。然而，Rock芯片從未真正交付使用，因?yàn)樵贠racle收購(gòu)Sun時(shí)這個(gè)項(xiàng)目被迫取消了。

據(jù)以前Rock芯片的一位工程師透露，Sun曾測(cè)試過(guò)這種技術(shù)，并且發(fā)現(xiàn)這種技術(shù)對(duì)某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)有顯著優(yōu)勢(shì)，但對(duì)其它一些應(yīng)用可能沒(méi)有多少幫助。這種技術(shù)幾乎不需要專門的硬件，他表示。

Intel和微軟公司的研究人員研究事務(wù)型內(nèi)存也有好幾年了。Silicon Graphics公司一位前任工程師表示，當(dāng)該公司設(shè)計(jì)自己的處理器時(shí)，他以為這種技術(shù)又回來(lái)了。

IBM只在單顆芯片范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)事務(wù)型內(nèi)存，并在芯片的二級(jí)緩存中使用了標(biāo)記機(jī)制。這些標(biāo)記用于檢測(cè)在由計(jì)算機(jī)調(diào)度的所謂原子事務(wù)所使用的數(shù)據(jù)中發(fā)生的任何加載/存儲(chǔ)沖突。

如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)沖突，任務(wù)就能得到處理。如果發(fā)現(xiàn)沖突，芯片將要求系統(tǒng)軟件進(jìn)行解決。

與傳統(tǒng)鎖定機(jī)制相比，IBM方法可以減少時(shí)延，即使在具有大量數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的條件下效果也很顯著，這要?dú)w功于快速片上內(nèi)存的使用，IBM公司高級(jí)工程師Ruud Haring表示。Haring一直在研究這種芯片，并發(fā)表過(guò)有關(guān)這種芯片的論文。

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IBM使用自己的嵌入式DRAM工藝搭建芯片的32MB二級(jí)緩存。這些內(nèi)存組使用“大量靈活的技巧”來(lái)創(chuàng)建多版本的緩存，Haring指出。

工程師對(duì)他們的工作將帶來(lái)實(shí)質(zhì)性好處持非常樂(lè)觀的態(tài)度，但他們?nèi)匀辉谡{(diào)整超級(jí)計(jì)算機(jī)的編譯器，可能他們還缺少性能數(shù)據(jù)。“感覺(jué)很好！”Haring表示。

觀察人士認(rèn)為，IBM研究成果的確顯著，但無(wú)法被其他設(shè)計(jì)師所廣泛使用。更有用的方法是，在用復(fù)雜的緩存關(guān)聯(lián)機(jī)制鏈接的處理器群組中實(shí)現(xiàn)事務(wù)型內(nèi)存，這些觀察人士表示。

使用IBM超級(jí)計(jì)算機(jī)的編程人員是世界上經(jīng)驗(yàn)最豐富的一些軟件編程人員，而且他們使用有限的應(yīng)用程序集。因此他們是驗(yàn)證事務(wù)型內(nèi)存的最佳人選，參加Hot Chips大會(huì)的工程師們表示。

IBM芯片使用18個(gè)內(nèi)核，一個(gè)內(nèi)核僅用于處理操作系統(tǒng)任務(wù)，另一個(gè)保留在那里作為備份。這些內(nèi)核都是定制的電路設(shè)計(jì)，并以IBM通信芯片中使用的PowerEN內(nèi)核作為基礎(chǔ)。

考慮到相對(duì)小批量的銷售，BlueGene/Q處理器的其余部分采用ASIC工藝設(shè)計(jì)。Sequoia超級(jí)計(jì)算機(jī)可能使用多達(dá)10萬(wàn)個(gè)這樣的芯片。這些芯片使用了14.7億個(gè)晶體管，尺寸為19x19mm，運(yùn)行速率為1.6GHz，功耗為55W，可提供204Gflops的處理性能。

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作者：tee