Xeon Phi
 | |
| Información general | |
|---|---|
| Lanzado | 2010 |
| Interrumpido | 2020 [1] |
| Rendimiento | |
| Max. Frecuencia de reloj de la CPU | 1.053 GHz a 1.7 GHz |
| Cache | |
| Caché L1 | 32 KB por núcleo |
| Caché L2 | 512 KB por núcleo |
| Arquitectura y clasificación | |
| Arquitectura | x86-64 |
| Extensiones | |
| Especificaciones físicas | |
| Transistores | |
| Núcleos |
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| Enchufe (s) |
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| Productos, modelos, variantes | |
| Nombres de marca) |
Xeon Phi [2] es una serie de procesadores de muchos núcleos x86 diseñados y fabricados por Intel . Está diseñado para su uso en supercomputadoras, servidores y estaciones de trabajo de alta gama. Su arquitectura permite el uso de lenguajes de programación estándar e interfaces de programación de aplicaciones (API) como OpenMP . [3] [4]
Dado que originalmente se basó en un diseño de GPU anterior (con nombre en código "Larrabee" ) de Intel [5] que fue cancelado en 2009, [6] comparte áreas de aplicación con GPU. La principal diferencia entre Xeon Phi y una GPGPU como Nvidia Tesla es que Xeon Phi, con un núcleo compatible con x86, puede, con menos modificaciones, ejecutar software que originalmente estaba destinado a una CPU x86 estándar. Se suspendió debido a la falta de demanda y los problemas de Intel con su nodo de 10 nm. [7]
Inicialmente en forma de tarjetas complementarias basadas en PCIe , en junio de 2013 se anunció un producto de segunda generación, con nombre en código Knights Landing . [8] Estos chips de segunda generación podrían usarse como una CPU independiente, en lugar de solo como un tarjeta complementaria.
En junio de 2013, la supercomputadora Tianhe-2 en el Centro Nacional de Supercomputación en Guangzhou (NSCC-GZ) fue anunciada [9] como la supercomputadora más rápida del mundo (en junio de 2018 [actualizar], es la número 4 [10] ). Usó coprocesadores Intel Xeon Phi y procesadores Ivy Bridge -EP Xeon para lograr 33.86 petaFLOPS. [11]
La línea de productos Xeon Phi directamente compitió con Nvidia 's Tesla y AMD Radeon Instinct líneas de aprendizaje profundo y GPGPU tarjetas.
Historia
| Nombre clave | Tecnología | Comentarios |
|---|---|---|
| Ferry de los caballeros | 45 millas náuticas | ofrecido como tarjeta PCIe; derivado del proyecto Larrabee |
| Rincón de los caballeros | 22 millas náuticas | derivado de P54C; unidad de procesamiento de vectores; primer dispositivo que se anunciará como Xeon Phi |
| Desembarco de los caballeros | 14 millas náuticas | derivado de Silvermont / Airmont (Intel Atom); [12] AVX-512 |
| Molino de los Caballeros | 14 millas náuticas | casi idéntico a Knights Landing pero optimizado para el aprendizaje profundo |
| Colina de los caballeros | 10 nm | cancelado |
Fondo
La microarquitectura Larrabee (en desarrollo desde 2006 [13] ) introdujo unidades SIMD muy amplias (512 bits) a un diseño de procesador basado en arquitectura x86 , extendido a un sistema multiprocesador coherente en caché conectado a través de un bus de anillo a la memoria; cada núcleo era capaz de multiproceso de cuatro vías. Debido a que el diseño está destinado a la GPU y a la computación de propósito general, los chips Larrabee también incluyen hardware especializado para el muestreo de texturas. [14] [15] El proyecto para producir un producto de GPU al por menor directamente del proyecto de investigación Larrabee finalizó en mayo de 2010. [16]
Otro proyecto de investigación contemporáneo de Intel que implementa la arquitectura x86 en un procesador de muchos núcleos fue el ' Computadora en la nube de un solo chip ' (prototipo presentado en 2009 [17] ), un diseño que imita un centro de datos de computación en la nube en un solo chip con múltiples núcleos independientes: el El diseño del prototipo incluyó 48 núcleos por chip con soporte de hardware para control selectivo de frecuencia y voltaje de núcleos para maximizar la eficiencia energética, e incorporó una red de malla para mensajería entre chips. El diseño carecía de núcleos coherentes con la caché y se centraba en principios que permitirían escalar el diseño a muchos más núcleos. [18]
El chip de investigación Teraflops (prototipo presentado en 2007 [19] ) es un chip experimental de 80 núcleos con dos unidades de punto flotante por núcleo, que implementa una arquitectura VLIW de 96 bits en lugar de la arquitectura x86. [20] El proyecto investigó métodos de comunicación entre núcleos , administración de energía por chip y logró 1.01 TFLOPS a 3.16 GHz consumiendo 62 W de potencia. [21] [22]
Ferry de los caballeros
La placa prototipo Many Integrated Core (MIC) de Intel, llamada Knights Ferry , que incorpora un procesador con nombre en código Aubrey Isle se anunció el 31 de mayo de 2010. Se dijo que el producto era un derivado del proyecto Larrabee y otras investigaciones de Intel, incluida la computadora en la nube de un solo chip . [23] [24]
El producto de desarrollo se ofreció como una tarjeta PCIe con 32 núcleos en orden de hasta 1,2 GHz con cuatro subprocesos por núcleo, 2 GB de memoria GDDR5, [25] y 8 MB de caché L2 coherente (256 KB por núcleo con 32 KB de caché L1 ) y un requisito de potencia de ~ 300 W, [25] construido en un proceso de 45 nm. [26] En el núcleo de Aubrey Isle, un bus de anillo de 1.024 bits (bidireccional de 512 bits) conecta los procesadores a la memoria principal. [27] El rendimiento de una sola placa ha superado los 750 GFLOPS. [26] Las placas prototipo solo admiten instrucciones de punto flotante de precisión simple. [28]
Los desarrolladores iniciales incluyeron al CERN , el Instituto Coreano de Información Científica y Tecnológica (KISTI) y el Centro de Supercomputación Leibniz . Los proveedores de hardware para placas prototipo incluyen IBM, SGI, HP, Dell y otros. [29]
Rincón de los caballeros
La línea de productos Knights Corner se fabrica con un tamaño de proceso de 22 nm, utilizando la tecnología Tri-gate de Intel con más de 50 núcleos por chip, y es el primer producto comercial de muchos núcleos de Intel. [23] [26]
En junio de 2011, SGI anunció una asociación con Intel para utilizar la arquitectura MIC en sus productos informáticos de alto rendimiento. [30] En septiembre de 2011, se anunció que el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC) utilizará tarjetas Knights Corner en su supercomputadora "Stampede" de 10 petaFLOPS, proporcionando 8 petaFLOPS de potencia de cómputo. [31] Según "Stampede: A Comprehensive Petascale Computing Environment", los "MIC de Intel (Knights Landing) de segunda generación se agregarán cuando estén disponibles, aumentando el rendimiento máximo agregado de Stampede a al menos 15 PetaFLOPS". [32]
El 15 de noviembre de 2011, Intel mostró una versión de silicio de un procesador Knights Corner. [33] [34]
El 5 de junio de 2012, Intel lanzó software y documentación de código abierto sobre Knights Corner. [35]
El 18 de junio de 2012, Intel anunció en la Conferencia Internacional de Supercomputación de Hamburgo de 2012 que Xeon Phi será el nombre comercial utilizado para todos los productos basados en su arquitectura Many Integrated Core. [2] [36] [37] [38] [39] [40] [41] En junio de 2012, Cray anunció que ofrecería chips 'Knight's Corner' de 22 nm (marcados como 'Xeon Phi') como co- procesador en sus sistemas 'Cascade'. [42] [43]
En junio de 2012, ScaleMP anunció una actualización de virtualización que permite a Xeon Phi como una extensión de procesador transparente, lo que permite que el código MMX / SSE heredado se ejecute sin cambios de código. [44] Un componente importante del núcleo del coprocesador Intel Xeon Phi es su unidad de procesamiento vectorial (VPU). [45] La VPU presenta un nuevo conjunto de instrucciones SIMD de 512 bits, oficialmente conocido como Intel Initial Many Core Instructions (Intel IMCI). Por lo tanto, la VPU puede ejecutar 16 de precisión simple (SP) u 8 de precisión doble(DP) operaciones por ciclo. La VPU también admite instrucciones Fused Multiply-Add (FMA) y, por lo tanto, puede ejecutar operaciones de coma flotante 32 SP o 16 DP por ciclo. También proporciona soporte para números enteros. La VPU también cuenta con una Unidad matemática extendida (EMU) que puede ejecutar operaciones como recíproco, raíz cuadrada y logaritmo, lo que permite que estas operaciones se ejecuten de forma vectorial con un gran ancho de banda. La EMU opera calculando aproximaciones polinómicas de estas funciones.
El 12 de noviembre de 2012, Intel anunció dos familias de coprocesadores Xeon Phi que utilizan el tamaño de proceso de 22 nm: el Xeon Phi 3100 y el Xeon Phi 5110P. [46] [47] [48] El Xeon Phi 3100 será capaz de más de 1 teraFLOPS de instrucciones de punto flotante de doble precisión con un ancho de banda de memoria de 240 GB / s a 300 W. [46] [47] [48] El Xeon Phi 5110P será capaz de 1.01 teraFLOPS de instrucciones de punto flotante de doble precisión con un ancho de banda de memoria de 320 GB / s a 225 W. [46] [47] [48] El Xeon Phi 7120P será capaz de 1.2 teraFLOPS de doble instrucciones de precisión en coma flotante con un ancho de banda de memoria de 352 GB / s a 300 W.
El 17 de junio de 2013, la supercomputadora Tianhe-2 fue anunciada [9] por TOP500 como la más rápida del mundo. Tianhe-2 usó procesadores Intel Ivy Bridge Xeon y Xeon Phi para lograr 33.86 petaFLOPS. Fue el más rápido de la lista durante dos años y medio, por último en noviembre de 2015. [49]
Diseño y programación
Los núcleos de Knights Corner se basan en una versión modificada del diseño del P54C , utilizado en el Pentium original. [50] La base de la arquitectura Intel MIC es aprovechar el legado x86 mediante la creación de una arquitectura multiprocesador compatible con x86 que puede utilizar herramientas de software de paralelización existentes. [26] Las herramientas de programación incluyen OpenMP , [51] OpenCL , [52] Cilk / Cilk Plus y versiones especializadas de Fortran, C ++ [53] y bibliotecas matemáticas de Intel . [54]
Los elementos de diseño heredados del proyecto Larrabee incluyen ISA x86, SMT de 4 vías por núcleo, unidades SIMD de 512 bits, caché de instrucciones L1 de 32 KB, caché de datos L1 de 32 KB, caché L2 coherente (512 KB por núcleo [55] ) y bus de anillo ultra ancho que conecta procesadores y memoria.
Las instrucciones SIMD de 512 bits de Knights Corner comparten muchas funciones intrínsecas con la extensión AVX-512. La documentación del conjunto de instrucciones está disponible en Intel con el nombre de extensión KNC. [56] [57] [58] [59]
- Modelos de la serie Xeon Phi
X100
| Nombre | Código de serie | Núcleos ( hilos a 4x núcleo) | Reloj (MHz) | Caché L2 | Memoria ECC GDDR5 | Pico DP Compute (GFLOPS) | TDP (W) | Sistema de enfriamiento | Factor de forma | Liberado | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Base | Turbo | Cantidad | Canales | BW GB / s | |||||||||
| Xeon Phi 3110X [60] | SE3110X | 61 (244) | 1053 | - | 30,5 MB | 6 GB | 12 | 240 | 1028 | 300 | Tabla rasa | Tarjeta PCIe 2.0 x16 | Noviembre 2012 |
| 8 GB | dieciséis | 320 | |||||||||||
| Xeon Phi 3120A [61] | SC3120A | 57 (228) | 1100 | - | 28,5 MB | 6 GB | 12 | 240 | 1003 | 300 | Ventilador / disipador de calor | 17 de junio de 2013 | |
| Xeon Phi 3120P [62] | SC3120P | 57 (228) | 1100 | - | 28,5 MB | 6 GB | 12 | 240 | 1003 | 300 | Disipador de calor pasivo | 17 de junio de 2013 | |
| Xeon Phi 31S1P [63] | BC31S1P | 57 (228) | 1100 | - | 28,5 MB | 8 GB | dieciséis | 320 | 1003 | 270 | Disipador de calor pasivo | 17 de junio de 2013 | |
| Xeon Phi 5110P [64] | SC5110P | 60 (240) | 1053 | - | 30,0 MB | 8 GB | dieciséis | 320 | 1011 | 225 | Disipador de calor pasivo | 12 de noviembre de 2012 | |
| Xeon Phi 5120D [65] | SC5120D | 60 (240) | 1053 | - | 30,0 MB | 8 GB | dieciséis | 352 | 1011 | 245 | Tabla rasa | Tarjeta SFF de 230 pines | 17 de junio de 2013 |
| BC5120D | |||||||||||||
| Xeon Phi SE10P [66] | SE10P | 61 (244) | 1100 | - | 30,5 MB | 8 GB | dieciséis | 352 | 1074 | 300 | Disipador de calor pasivo | Tarjeta PCIe 2.0 x16 | 12 de noviembre de 2012 |
| Xeon Phi SE10X [67] | SE10X | 61 (244) | 1100 | - | 30,5 MB | 8 GB | dieciséis | 352 | 1074 | 300 | Tabla rasa | 12 de noviembre de 2012 | |
| Xeon Phi 7110P [68] | SC7110P | 61 (244) | 1100 | 1250 | 30,5 MB | 16 GB | dieciséis | 352 | 1220 | 300 | Disipador de calor pasivo | ??? | |
| Xeon Phi 7110X [69] | SC7110X | 61 (244) | 1250 | ??? | 30,5 MB | 16 GB | dieciséis | 352 | 1220 | 300 | Tabla rasa | ??? | |
| Xeon Phi 7120A [70] | SC7120A | 61 (244) | 1238 | 1333 | 30,5 MB | 16 GB | dieciséis | 352 | 1208 | 300 | Ventilador / disipador de calor | 6 de abril de 2014 | |
| Xeon Phi 7120D [71] | SC7120D | 61 (244) | 1238 | 1333 | 30,5 MB | 16 GB | dieciséis | 352 | 1208 | 270 | Tabla rasa | Tarjeta SFF de 230 pines | Marzo del 2014 |
| Xeon Phi 7120P [72] | SC7120P | 61 (244) | 1238 | 1333 | 30,5 MB | 16 GB | dieciséis | 352 | 1208 | 300 | Disipador de calor pasivo | Tarjeta PCIe 2.0 x16 | 17 de junio de 2013 |
| Xeon Phi 7120X [73] | SC7120X | 61 (244) | 1238 | 1333 | 30,5 MB | 16 GB | dieciséis | 352 | 1208 | 300 | Tabla rasa | 17 de junio de 2013 | |
Desembarco de los caballeros
Nombre en clave para el producto de arquitectura MIC de segunda generación de Intel. [32] Intel reveló oficialmente por primera vez los detalles de sus productos Intel Xeon Phi de segunda generación el 17 de junio de 2013. [11] Intel dijo que la próxima generación de productos basados en la arquitectura Intel MIC estará disponible en dos formas, como coprocesador o como procesador host (CPU) y se fabricará con la tecnología de proceso de 14 nm de Intel . Los productos de Knights Landing incluirán memoria integrada en el paquete para un ancho de banda de memoria significativamente mayor.
Knights Landing contiene hasta 72 núcleos Airmont (Atom) con cuatro subprocesos por núcleo, [74] [75] utilizando un zócalo LGA 3647 [76] que admite hasta 384 GB de RAM DDR4 2133 "lejana" y de 8 a 16 GB apilados " cerca de "3D MCDRAM , una versión del Hybrid Memory Cube . Cada núcleo tiene dos unidades vectoriales de 512 bits y admite instrucciones SIMD AVX-512 , específicamente las instrucciones fundamentales de Intel AVX-512 (AVX-512F) con instrucciones de detección de conflictos Intel AVX-512 (AVX-512CD), Intel AVX-512 exponencial y Instrucciones recíprocas (AVX-512ER) e instrucciones de captación previa de Intel AVX-512 (AVX-512PF). El soporte para AIEPI se ha eliminado a favor de AVX-512. [77]
El Centro Nacional de Computación Científica de Investigación de Energía anunció que la Fase 2 de su nuevo sistema de supercomputación "Cori" utilizaría coprocesadores Knights Landing Xeon Phi. [78]
El 20 de junio de 2016, Intel lanzó la familia de productos Intel Xeon Phi x200 basada en la arquitectura Knights Landing, destacando su aplicabilidad no solo a las cargas de trabajo de simulación tradicionales, sino también al aprendizaje automático . [79] [80] La línea de modelos anunciada en el lanzamiento incluía solo Xeon Phi de factor de forma de arranque, pero dos versiones: procesadores estándar y procesadores con estructura de arquitectura Intel Omni-Path integrada . [81] Este último se indica con el sufijo F en el número de modelo. Se espera que la estructura integrada proporcione una mejor latencia a un costo menor que las tarjetas de red discretas de alto rendimiento. [79]
El 14 de noviembre de 2016, la lista 48 de TOP500 contenía 10 sistemas que usaban plataformas Knights Landing. [ cita requerida ]
La variante de coprocesador basada en PCIe de Knight's Landing nunca se ofreció al mercado general y se suspendió en agosto de 2017. [82] Esto incluía las tarjetas de coprocesador 7220A, 7240P y 7220P.
Intel anunció que suspendería Knights Landing en el verano de 2018. [83]
- Modelos
Todos los modelos pueden aumentar a sus velocidades máximas, agregando 200 MHz a su frecuencia base cuando ejecutan solo uno o dos núcleos. Cuando se ejecuta desde tres hasta el número máximo de núcleos, los chips solo pueden aumentar 100 MHz por encima de la frecuencia base. Todos los chips ejecutan código AVX alto a una frecuencia reducida en 200 MHz. [84]
Serie Xeon Phi 7200 | Número de sSpec | Núcleos (hilos) | Reloj (MHz) | Caché L2 | Memoria MCDRAM | Memoria DDR4 | Pico DP Compute | TDP (W) | Enchufe | Fecha de lanzamiento | Número de pieza | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Base | Turbo | Cantidad | BW | Capacidad | BW | |||||||||
| Xeon Phi 7210 [85] | SR2ME (B0) | 64 (256) | 1300 | 1500 | 32 MB | 16 GB | 400+ GB / s | 384 GB | 102,4 GB / s | 2662 GFLOPS | 215 | SVLCLGA3647 | 20 de junio de 2016 | HJ8066702859300 |
| SR2X4 (B0) | ||||||||||||||
| Xeon Phi 7210F [86] | SR2X5 (B0) | 230 | HJ8066702975000 | |||||||||||
| Xeon Phi 7230 [87] | SR2MF (B0) | 215 | HJ8066702859400 | |||||||||||
| SR2X3 (B0) | ||||||||||||||
| Xeon Phi 7230F [88] | SR2X2 (B0) | 230 | HJ8066702269002 | |||||||||||
| Xeon Phi 7250 [89] | SR2MD (B0) | 68 (272) | 1400 | 1600 | 34 MB | 3046 GFLOPS [90] | 215 | HJ8066702859200 | ||||||
| SR2X1 (B0) | ||||||||||||||
| Xeon Phi 7250F [91] | SR2X0 (B0) | 230 | HJ8066702268900 | |||||||||||
| Xeon Phi 7290 [92] | SR2WY (B0) | 72 (288) | 1500 | 1700 | 36 MB | 3456 GFLOPS | 245 | HJ8066702974700 | ||||||
| Xeon Phi 7290F [93] | SR2WZ (B0) | 260 | HJ8066702975200 | |||||||||||
Colina de los caballeros
Knights Hill fue el nombre en clave de la arquitectura MIC de tercera generación, para la cual Intel anunció los primeros detalles en SC14. [94] Se iba a fabricar en un proceso de 10 nm. [95]
Se esperaba que Knights Hill se utilizara en la supercomputadora Aurora del Departamento de Energía de los Estados Unidos , que se desplegaría en el Laboratorio Nacional Argonne . [96] [97] Sin embargo, Aurora se retrasó a favor del uso de una "arquitectura avanzada" con un enfoque en el aprendizaje automático. [98] [99]
En 2017, Intel anunció que Knights Hill se había cancelado a favor de otra arquitectura construida desde cero para permitir la computación Exascale en el futuro. Esta nueva arquitectura ahora se espera para 2020-2021. [100] [101]
Molino de los Caballeros
Knights Mill es el nombre en clave de Intel para un producto Xeon Phi especializado en aprendizaje profundo , [102] lanzado inicialmente en diciembre de 2017. [103] Casi idéntico en especificaciones a Knights Landing, Knights Mill incluye optimizaciones para una mejor utilización de las instrucciones AVX-512 y habilita cuatro -way hyper-threading . Se incrementó el rendimiento de punto flotante de precisión simple y precisión variable, a expensas del rendimiento de punto flotante de precisión doble.
- Modelos
Serie Xeon Phi 72x5 | sNúmero de especificación | Núcleos (hilos) | Reloj (MHz) | Caché L2 | Memoria MCDRAM | Memoria DDR4 | Pico DP Compute | TDP (W) | Enchufe | Fecha de lanzamiento | Número de pieza | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Base | Turbo | Cantidad | BW | Capacidad | BW | |||||||||
| Xeon Phi 7235 | SR3VF (A0) | 64 (256) | 1300 | 1400 | 32 MB | 16 GB | 400+ GB / s | 384 GB | 102,4 GB / s | TBA | 250 | SVLCLGA3647 | Cuarto trimestre de 2017 | HJ8068303823900 |
| Xeon Phi 7285 | SR3VE (A0) | 68 (272) | 1300 | 1400 | 34 MB | 115,2 GB / s | TBA | 250 | HJ8068303823800 | |||||
| Xeon Phi 7295 | SR3VD (A0) | 72 (288) | 1500 | 1600 | 36 MB | 115,2 GB / s | TBA | 320 | HJ8068303823700 | |||||
Programación
Los investigadores han realizado un estudio empírico de rendimiento y programabilidad, [104] en el que los autores afirman que lograr un alto rendimiento con Xeon Phi todavía necesita la ayuda de los programadores y que depender simplemente de compiladores con modelos de programación tradicionales está lejos de la realidad. Sin embargo, la investigación en varios dominios, como las ciencias de la vida [105] y el aprendizaje profundo [106] demostró que explotar tanto el paralelismo de subprocesos como el de SIMD de Xeon Phi logra una aceleración significativa.
Competidores
- Nvidia Tesla , competidor directo en el mercado de HPC [107]
- Competidores directos AMD Radeon Pro y AMD Radeon Instinct en el mercado HPC
Ver también
- Centro de Computación Avanzada de Texas - La supercomputadora "Stampede" incorpora chips Xeon Phi. [108] Stampede tiene capacidad para 10 petaFLOPS. [108]
- AVX-512
- Celda (microprocesador)
- Intel Tera-Scale
- Masivamente paralelo
- Xeon
Referencias
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