ARM уверенно оккупирует сегмент суперкомпьютеров по мере того, как эта отрасль продолжает семимильными шагами двигаться в сторону компьютеров эксафлопсного класса.

Руководство компании, чьи процессоры можно найти в большинстве смартфонов и планшетов и которая пробивает себе путь к корпоративным серверам, раскрывает детали новой архитектуры процессора, включающей в себя средства векторной обработки, которые позволят микропроцессорам эффективнее обрабатывать многие виды вычислительных нагрузок, выполняемых сегодня в высокопроизводительных вычислительных средах (high-performance computing, HPC).

Инженеры ARM подробно рассказали о разработанной в компании технологии Scalable Vector Extension (SVE, масштабируемое векторное расширение) на начавшейся 22 августа в г. Купертино (штат Калифорния) конференции Hot Chips 2016. Новая разработка будет основана на фирменной 64-битной архитектуре ARMv8-A. Посредством этой модели производители микропроцессоров смогут применять технологию SVE для реализации векторной обработки внутри ARM-чипов.

Технология SVE подразумевает достаточную гибкость: масштабируемые вектора могут быть длиной от 128 до 2048 бит. Инженеры компании хотят переложить часть работы по векторным вычислениям с программного на аппаратное обеспечение, предусмотрев специальный диспетчер, который будет следить за тем, чтобы вычисления выполнялись на наилучшем из доступных аппаратных средств. Эта технология задействует системы на кристалле (systems-on-a-chip, SoCs) для параллельной обработки больших массивов данных — а это требование является ключевым в условиях возрастающих объемов вычислительных операций, которыми нагружены суперкомпьютеры.

«Сегодня в таких сферах, как метеорология, геология, астрономия, квантовая физика, гидродинамика и фармацевтические исследования аккумулируется необъятное количество данных, — пишет в блоге компании Найджел Стивенс, старший специалист по архитектуре системы команд (ISA) и член научного сообщества ARM. — Эксафлопсные вычисления (при которых компьютер выполняет миллиарды миллиардов операций с плавающей точкой, или эксафлопосов, в секунду) — это объект стремлений производителей многих HPC-систем на ближайшие 5–10 лет. Вдобавок прогресс в информационной аналитике и таких областях, как компьютерное зрение и машинное обучение, уже сегодня начинает повышать спрос на более распределенное исполнение программного кода, не говоря уже о будущем».

Технология SVE от ARM как раз и предназначена для удовлетворения спроса на параллелизм. Она задумана, чтобы дать возможность конструкторам микропроцессоров подобрать длину вектора, наилучшим образом подходящую под их нужды, пишет Стивенс. Она также поддерживает модель, которую он называет «программированием без привязки к длине вектора», благодаря чему разработчики смогут единожды вручную написать код под SVE, а затем «выполнять его в различные моменты работы системы, не прибегая к перекомпиляции или переписыванию кода в случае, если в будущем появится нужда в обработке более длинных векторов. Это снижает уровень расходов на запуск системы при заданном сроке эксплуатации архитектуры: программа просто работает и решает свои задачи быстрее и в более широком объеме».

Новая ARM-архитектура со встроенной технологией SVE уже нашла себе применение. Компания Fujitsu начала проектирование процессора на базе ARM-архитектуры, который будет управлять их суперкомпьютером K нового поколения (его уже окрестили Post-K). Этот суперкомпьютер будет представлять собой эксафлопсную систему, которую должны ввести в эксплуатацию в 2020 г. в Передовом институте вычислительных наук RIKEN в Японии.

Fujitsu предпочла ARM-архитектуру своей собственной модели SPARC64, до этого лежавшей в основе компьютера K, когда-то считавшегося самой производительной системой в мире, а теперь занимающего пятое место в этом рейтинге. Ожидается, что у системы Post-K тактовая частота будет в 100 раз выше, а производительность вырастет в 50 раз.

Вооружившись новой архитектурой и технологией SVE, компания ARM рассчитывает пробиться в сегмент отрасли, занимаемый такими мощными конкурентами, как Intel, IBM и Nvidia, и привлекающий также других чипмейкеров. Самая быстрая в мире система, колоссальный суперкомпьютер Sunway TaihuLight в Китае, работает под управлением 40960 микропроцессоров Sunway SW26010 и содержит свыше 10,6 млн. ядер.

Стремление в HPC-сегмент является частью более обширной серверной стратегии компании ARM, которая в данный момент находится в процессе сделки с корпорацией Softbank, намеревающейся выкупить ARM за 32 млрд. долл. В попытке проникнуть на рынок серверов компания первым делом сосредоточится на облачных системах и HPC, сообщил Лакшми Мандьям, директор отдела серверных систем и экосистем в ARM. В HPC-среде все больше приветствуется использование в суперсистемах средств ускорения вычислений и применение с этой целью открытого ПО. «Множество платформ основано на ОС Linux и открытом коде», — говорит Мандьям.

Программная экосистема, которую компания ARM планирует создать на базе своего серверного микропроцессора ARM, опирается на открытые разработки — начиная с операционной системы и заканчивая промежуточным ПО.

Уже несколько лет официальные представители ARM и некоторых ее партнеров по производству микропроцессоров обсуждают возможность применения ARM-архитектуры с низким потреблением в серверной индустрии. Тем не менее на рынке сейчас таких систем немного, хотя руководство компании прогнозирует оживление в этой сфере в ближайшие пару лет. Некоторые чипмейкеры, например Applied Micro и Cavium, уже перешли к производству процессоров второго и третьего поколений, а Qualcomm запланировала на конец года выпуск ограниченного количества образцов рабочей версии своей SoC-платформы на 24 ядрах.

Корпорация Hewlett Packard Enterprise (HPE) продает версии своих серверов Apollo на базе микропроцессоров с ARM-архитектурой, а на прошлой неделе ее представители заявили, что SoC-платформа X-Gene от Applied Micro встроена в продукт для виртуализированной инфраструктуры StoreVirtual 3200. Компании Dell и Lenovo также держат под рукой серверы на базе ARM-архитектуры на случай роста спроса на такие системы.

В качестве областей применения ARM-технологий в компании ARM видят такие типы вычислительных задач, как скоростной анализ данных, эксафлопсные вычисления, машинное обучение и новое поколение сетевой связи. Реализация технологии SVE в ARM-архитектуре должна ускорить применение ARM-процессоров в серверных решениях, считает Иэн Смайт, директор по маркетингу подразделения CPU Group компании ARM.

«Это отличный шаг вперед, — говорит Смайт. — Никто больше не умеет так же выполнять векторную обработку данных».

Версия для печати