Orsolya
7 °C
17 °C

Agyban olvas a jövő processzora

2009.12.03. 10:56
Bemutatták Németországban az Intel titkos, 48 magos processzorát. A csip gond nélkül végzett el néhány bonyolultabb kalkulációt, de a legtöbb felhasználási területet még ki kell találni.

Gondolom mindenki el tudja képzelni, milyen egy processzortervező-központ. Hatalmas üvegépület fotocellás ajtókkal, átriummal, átláthatatlanul nagy laborokkal, ahol több ezer mérnök dolgozik csúcstechnikás laptopok segítségével exkluzív környezetben a jövő csipjein. Ugye?

Hát nem. Most jártam harmadszor szupertitkos fejlesztőlaborban, egyszer az AMD, kétszer az Intel jóvoltából, és ezek a helyek bizony inkább emlékeztetnek a GELKA kispesti szervízére, mint egy csúcstechnikás laborra. Az érdektelen irodaházakban végigszaladó szürke folyosókat időnként apró termek törik meg, ezekben két-három ember dolgozik egy-egy olyan probléma megoldásán, ami később százmilliókat érint majd. A végeredmény szempontjából mindez persze nem számít, a lényeg, hogy valahogy minden évben az asztalra kerül a jövő processzora.

Az Intel egyik legfontosabb európai központja a németországi Hannoverhez közeli Braunschweigben található, az egész EU leginnovatívabb településén: a GPD 7,1 százalékét fordítják kutatásfejlesztésre, ami a budapesti ötszöröse. Braunschweigben dolgozzák ki egyebek közt a sokmagos rendszerek alapjait, sőt, arra is itt próbálnak meg rájönni, hogy mire tudjuk majd használni ezeket, ha egyszer tényleg elkészülnek.

A jelen már olyan idejétmúlt

A Theodor-Heuss-Strasse 7-ben található kutatóközpont bejáratnál a kétezres évek elején vizsgált teszttermékek találhatók, odabent ugyanazok a szürke folyosók, a folyosókon ugyanazok a szlogenek, mint az Intel San Franciscó-i bázisán. Az épületben körülbelül száz mérnök dolgozik a különböző problémákon, amivel a braunschweigi az egyik legnagyobb fejlesztőközpont Európában. Itt kísérleteznek az új gyártástechnológiákkal, amik a mainál alacsonyabb fogyasztású, gyorsabb, komplexebb processzorok gyártását teszik majd lehetővé, de ami ennél is érdekesebb, a sokmagos rendszerek alapkutatását is itt végzik. Nem viccelnek, mert amíg a boltokban a négymagos csipek jelentik a csúcsot, addig Németországban már 48 magos csipekkel zsonglőrködnek.

De kinek kell ennyi mag? Senki sem tudja, még a mérnökök sem, úgyhogy első körben legyártják ezeket az áramköröket, aztán különböző szoftverfejlesztőkkel, például a Microsofttal együttműködve igyekeznek megtalálni a megfelelő alkalmazási területet. Elméletben persze remekül működik a sokmagos felépítés, a gyakorlatban azonban már számos probléma akad.

Képzeljünk el két hangyabolyt: az egyikben egyetlen dolgozó van, a másikban vagy száz. Át kell cipelni a királynőt és az egész pereputtyát az egyik otthonból a másikba. Melyik csapat végez hamarabb? Nyilván, amelyikben többen vannak, na de mi van akkor, ha a régi boly kijárata szűk, és csak egy hangya fér át rajta? Akkor a többiek türelmesen várnak a sorukra, miközben nem csinálnak semmit, haszontalanná válnak.

Hasonló a helyzet a processzorokkal is: elméletileg óriási előnyt jelent a több mag, gyakorlatilag viszont sokszor előfordul, hogy az alkalmazások képtelenek élni az előnnyel, és a négymagos processzor három magja csak unatkozik, miközben a negyedik halálra dolgozza magát. Előfordulhat ez még akkor is, amikor a programot felkészítették a többszálú feladatvégzésre, mert a magok végső soron mégiscsak ugyanazt a memóriát használják, és sokszor nem férnek oda egymástól az adatvájúhoz: ilyenkor megy a tolakodás, meg a semmibe vesző processzoridő.

A homokozónk akkora, mint egy ujjbegy és 41 ezer mérnök játszik benne

Braunschweigben több megoldást is kínálnak erre a problémára: egyrészt az optikai szilíciumnak hála drasztikusan megnövelték a rendszeren belüli adatátviteli sebességet, így pillanatok alatt eljut a processzorig az információ. Másrészt, és ez a német központ legnagyobb eredménye, a 48 magos csip létrehozásával gyakorlatilag újraalkották az adatforgalomról alkotott elképzeléseinket.

Ebben a rendszerben a processzor már nem is processzorként, hanem önálló szuperszámítógépként működik, ahol minden mag egy kis világ, saját memóriával, akarattal, hatalommal. Egyszerűbben megfogalmazva ebben a világban a dolgozó hangya nagy ívben leszarja a királynőt és a pereputtyát, saját karriert épít, és ha költözni akar, a cuccait akadály nélkül kicipeli egyedül az otthonából.

És itt jön a képbe a szoftveres válasz a már ismert problémára, ami nélkül az egész fabatkát sem érne. Mint azt Timothy Roscoe a zürichi Systems Group szakértője elmondta, a mai operációs rendszerek egyszerűen alkalmatlanok a többmagos processzorok kiszolgálására. Sőt, minél több mag van alattuk, annál rosszabb hatásfokkal működnek, a memória-hozzáférés problémája például már egy 16 magos rendszeren is kritikus, úgyhogy el lehet képzelni, micsoda Armageddon lesz itt a 48 magos rendszerek korában.

Roscoe szerint az utóbbi években a hardverek gyorsabban változtak, semmint azt a szoftverek követni tudták volna, de a szakember azt állította, hogy Zürichben már megoldást találtak a problémára. A Barrelfish egy darabokra szaggatott operációs rendszer, ami attól függően változtatja struktúráját, hogy épp mennyi mag dolgozik alatta.

Amikor csak egy, arra koncentrál, de amikor több tucat, akkor azokból munkától függően csapatokat vagy magányos harcosokat szervez, majd az egységeknek saját memóriaterületet választ le, hogy sose várjanak egymásra. A Barrelfish máshogy fut egy integrált grafikus gyorsítós csippel, jó prostihoz méltón alkalmazkodik az utasításkészlethez, a teljesítményhez, és maximálisan kiszolgálja a hardvert, amire ráhúzták. Roscoe szerint a fejlesztések elég jól haladnak, amit azzal demonstrált, hogy előadása végén közölte, a prezentációhoz használt laptopon már a Barrelfish futott.

A dédunokád nem hiszik majd, hogy hülyeségeken dolgoztunk

A jövőképhez azonban hozzátartoznak a megfelelően képzett programozók is, akik ma még nem állnak rendelkezésre. Mert az oké, hogy Zürichben írnak egy jó operációs rendszert, de az egész semmit sem ér, ha nem készülnek megfelelő alkalmazások hozzá. Márpedig Beverly Bachmayer, az Intel szoftvercsapatának szakértője szerint a mai végzős egyetemistáknak fogalmuk sincs arról, hogyan kell párhuzamosítani a kódot, szóval ne várjuk, hogy a következő két-három évben megfelelő programok érkeznek akárcsak négymagos rendszerünk mellé. Bachmayer szerint ugyanakkor a jövő nem kilátástalan, világszerte 81 ország 1500 egyetemével dolgoznak együtt, hogy segítsék az oktatást, úgyhogy rövidesen várható a képzettebb programozógeneráció.

És mire ők végeznek, meglesz a hardver is, legalábbis a processzortervező-legenda Joseph Schütz szerint. A szakemberről (az eseményen és a sajtófotón is viselt) borzasztó nyakkendője miatt akkor is tudnánk, hogy zseni, ha nem hangsúlyozták volna, hogy már a 386-osok, majd a Pentiumok tervezésében is részt vett. Valószínűleg mélyen bevésődött neki ez utóbbi élmény, hiszen amikor csapatával nekiállt a jövő processzorának, a másfél évtizedes ikonhoz nyúlt vissza.

Döntése persze logikus volt: a kilencvenes évek elejéhez képest rengeteget fejlődött a gyártástechnológia, a 350 nanométer helyett ma már a kísérleti laborban is 45 nanométerrel dolgoznak, aminek hála ugyanakkora helyre sokkal bonyolultabb áramkört lehet bezsúfolni. Mostanáig legalábbis ez volt az iskola, Schütz azonban csapatával inkább fogta a régi terméket, és a mai technológiával újragyártotta azt. Az eredmény: 48 mag akkora helyen, ahol a kilencvenes évek elején még csak egy fért el. Ráadásul a P4-es nem is volt egy rossz csip, szóval remek alapként szolgált a kísérletezéshez.

Akkora a hatásunk a technológiára, hogy észre sem lehet venni

A processzor képes 48 különböző operációs rendszert futtatni, a magok egy valódi hálózattá állnak össze, saját univerzumot alkotnak. A terméken belül 24 darab kétmagos alegység található, ezek hatosával osztoznak egyetlen memóriavezérlőn, a kommunikáció másodpercenként 256 gigabájtos sebességgel zajlik. Az alegységeket attól függően lehet ki-, és bekapcsolni, hogy épp mennyire van szükség, így a csip fogyasztása 25 és 125 watt közt mozog: még maximális terhelés mellett sem kér többet, mint egy mai csúcsprocesszor.

Ráadásul mindez már nem csupán álom: a Microsoft egy fotó segítségével bizonyította, hogy a Visual Studio már elfut rajta, mi meg a saját szemünkkel láttuk, ahogy az asztalra kipakolt 48 magos csoda pillanatok alatt kiszámol egy Mandelbrot-halmazt. Egyelőre csak ennyit tud, de a kutatók szerint ez csak az első lépés: rövidesen akár a laptopunk is képes lesz arra, hogy egy webkamerás megfigyelés után megmutassa, hogyan áll majd rajtunk az online boltban kinézett ruha.

Elhagyhatjuk a távirányítókat és a billentyűzeteket, sőt, mert a gép kiválóan megérti majd az élőbeszédet, és rendelkezésre fog állni a kellő teljesítmény ahhoz, hogy akár agyhullámokkal is tudjuk vezérelni a számítógépet. Persze ehhez még kiegészítő kutatásokra lesz szükség, de a processzoron nem fog múlni, az már biztos.