الخلية (المعالج)

الموسوعة الحرة

الخلية تكون
مصممSTI ( سوني وتوشيبا و IBM )
أجزاء64 بت
قدَّممارس 2007 ؛ منذ 17 عامًا ( 2007-03 )
إصدارباور بي سي 2.02 [1]
تصميمريسك
يكتبتحميل-تخزين
الترميزثابت/متغير (الكتاب هـ)
التفرعكود الحالة
الانديانيةكبير/ثنائي
معماريات POWER و PowerPC و Power ISA
NXP (سابقًا Freescale وMotorola)
آي بي إم
  • سلسلة RS64 (1996)
آي بي إم/نينتندو
آخر
روابط ذات صلة
تم الإلغاء باللون الرمادي ، والتاريخي بالخط المائل
  • ف
  • ت
  • هـ

Cell عبارة عن بنية دقيقة لمعالج متعدد النواة 64 بت تجمع بين نواة PowerPC متعددة الأغراض ذات أداء متواضع مع عناصر معالجة مشتركة مبسطة [2] والتي تعمل على تسريع تطبيقات معالجة الوسائط المتعددة والمتجهات بشكل كبير ، بالإضافة إلى العديد من أشكال الحوسبة المخصصة الأخرى. [2]

تم تطويره بواسطة Sony و Toshiba و IBM ، وهو تحالف يُعرف باسم "STI". تم تنفيذ التصميم المعماري والتنفيذ الأول في مركز تصميم STI في أوستن، تكساس على مدى أربع سنوات بدءًا من مارس 2001 بميزانية ذكرت شركة Sony أنها تقترب من 400 مليون دولار أمريكي . [3] Cell هو اختصار لـ Cell Broadband Engine Architecture ، وعادة ما يتم اختصاره CBEA بالكامل أو Cell BE جزئيًا.

كان أول تطبيق تجاري رئيسي لـ Cell في وحدة تحكم الألعاب PlayStation 3 من Sony، والتي تم إصدارها في عام 2006. في مايو 2008، أصبح حاسوب IBM Roadrunner العملاق القائم على Cell أول نظام TOP500 LINPACK مستدام بسرعة 1.0 بيتافلوب. [4] [5] طورت شركة Mercury Computer Systems أيضًا تصميمات تعتمد على Cell.

تتضمن بنية Cell بنية تماسك الذاكرة التي تؤكد على كفاءة الطاقة، وتعطي الأولوية للنطاق الترددي على زمن الوصول المنخفض ، وتفضل الإنتاجية الحسابية القصوى على بساطة كود البرنامج . ولهذه الأسباب، يُنظر إلى Cell على نطاق واسع على أنها بيئة صعبة لتطوير البرامج . [6] توفر IBM منصة تطوير تعتمد على Linux لمساعدة المطورين في برمجة شرائح Cell. [7]

تاريخ

الخلية BE كما تظهر في PS3 على اللوحة الأم
بيتر هوفستي ، أحد المهندسين الرئيسيين لمعالجات Cell الدقيقة
مايكل غشويند، أحد المهندسين الرئيسيين لمعالجات Cell الدقيقة

في منتصف عام 2000، قامت شركة Sony Computer Entertainment وشركة Toshiba Corporation وشركة IBM بتشكيل تحالف يُعرف باسم "STI" لتصميم وتصنيع المعالج. [8]

افتتح مركز تصميم STI في مارس 2001. [9] تم تصميم Cell على مدى أربع سنوات، باستخدام إصدارات محسنة من أدوات التصميم لمعالج POWER4 . عمل أكثر من 400 مهندس من الشركات الثلاث معًا في أوستن، بدعم حاسم من أحد عشر مركز تصميم تابع لشركة IBM. [9] خلال هذه الفترة، قدمت IBM العديد من براءات الاختراع المتعلقة بهندسة Cell وعملية التصنيع وبيئة البرامج. تم إظهار إصدار براءة اختراع مبكر لمحرك النطاق العريض على أنه حزمة شريحة تتألف من أربعة "عناصر معالجة"، وهو وصف براءة الاختراع لما يُعرف الآن باسم عنصر معالجة الطاقة (PPE). يحتوي كل عنصر معالجة على 8 "عناصر معالجة تآزرية" (SPEs) على الشريحة. كان من المفترض أن تعمل حزمة الشريحة هذه بسرعة ساعة تبلغ 4 جيجاهرتز ومع 32 SPE توفر 32  جيجا فلوب لكل SPE (دقة FP32 واحدة)، (لكل SPU 4 Flops FPU + 4 Flops حسب الوحدة الصحيحة: 8 Flops لكل دورة لكل Spu)، كان من المفترض أن يحتوي محرك النطاق العريض على 1 تيرا فلوب من قوة الحوسبة الخام من الناحية النظرية.

لم يتم تنفيذ التصميم الذي يحتوي على 4 وحدات PPE و32 وحدة SPE. وبدلاً من ذلك، قامت Sony وIBM بتصنيع تصميم يحتوي على وحدة PPE واحدة و8 وحدات SPE فقط. تم تصنيع هذا التصميم الأصغر، محرك النطاق العريض الخلوي أو Cell/BE، باستخدام عملية SOI 90 نانومتر . [10]

في مارس 2007، أعلنت شركة IBM أن إصدار 65 نانومتر من Cell/BE كان في الإنتاج في مصنعها (في ذلك الوقت، أصبح الآن GlobalFoundries) في إيست فيشكيل، نيويورك ، [10] [11] مع استخدام Bandai Namco Entertainment لمعالج Cell/BE للوحة الأركيد 357 الخاصة بها بالإضافة إلى 369 اللاحقة.

في فبراير 2008، أعلنت شركة IBM أنها ستبدأ في تصنيع معالجات Cell باستخدام عملية 45 نانومتر . [12]

في مايو 2008، قدمت شركة IBM إصدارًا عالي الأداء وعالي الدقة ذو النقطة العائمة من معالج Cell، PowerXCell 8i ، [13] بحجم ميزة 65 نانومتر.

في مايو 2008، أصبح نظام IBM Roadrunner ، وهو حاسوب فائق يعتمد على Opteron وPowerXCell 8i ، أول نظام في العالم يحقق بيتا فلوب واحد، وكان أسرع حاسوب في العالم حتى الربع الثالث من عام 2009. كما أن أكثر ثلاثة حواسيب فائقة كفاءة في استخدام الطاقة في العالم، كما هو موضح في قائمة Green500 ، تعتمد على PowerXCell 8i.

في أغسطس 2009، تم تقديم معالج Cell مقاس 45 نانومتر بالتزامن مع جهاز PlayStation 3 Slim من سوني . [14]

بحلول نوفمبر 2009، أوقفت شركة IBM تطوير معالج Cell المزود بـ 32 وحدة معالجة مسرعة [15] [16] ولكنها كانت لا تزال تعمل على تطوير منتجات Cell الأخرى. [17]

التسويق

في 17 مايو 2005، أكدت شركة Sony Computer Entertainment بعض مواصفات معالج Cell الذي سيتم شحنه في وحدة تحكم PlayStation 3 القادمة آنذاك . [18] [19] [20] يحتوي تكوين Cell هذا على PPE واحد على النواة، مع ثمانية SPEs مادية في السيليكون. [20] في PlayStation 3، يتم قفل SPE واحد أثناء عملية الاختبار، وهي ممارسة تساعد على تحسين عائدات التصنيع، ويتم حجز آخر لنظام التشغيل، مما يترك 6 SPEs مجانية لاستخدامها بواسطة كود الألعاب. [21] تردد الساعة المستهدف عند التقديم هو 3.2  جيجاهرتز . [19] تم تصنيع التصميم التمهيدي باستخدام عملية SOI 90 نانومتر، مع تحديد الإنتاج الأولي للحجم لمنشأة IBM في إيست فيشكيل، نيويورك . [10]

العلاقة بين النوى والخيوط هي مصدر شائع للارتباك. إن نواة PPE مزدوجة الخيوط وتتجلى في البرامج كخيطين مستقلين للتنفيذ بينما تتجلى كل SPE نشطة كخيط واحد. في تكوين PlayStation 3 كما وصفته Sony، يوفر معالج Cell تسعة خيوط مستقلة للتنفيذ.

في 28 يونيو 2005، أعلنت شركة IBM وشركة Mercury Computer Systems عن اتفاقية شراكة لبناء أنظمة كمبيوتر تعتمد على الخلايا للتطبيقات المضمنة مثل التصوير الطبي ، والتفتيش الصناعي، والفضاء والدفاع ، ومعالجة الزلازل ، والاتصالات . [22] ومنذ ذلك الحين، أصدرت شركة Mercury شفرات وخوادم رفوف تقليدية ولوحات تسريع PCI Express مع معالجات Cell. [22]

في خريف عام 2006، أصدرت شركة IBM وحدة شفرة QS20 باستخدام معالجات BE ذات الخلايا المزدوجة لتحقيق أداء هائل في تطبيقات معينة، حيث وصلت إلى ذروة 410 جيجا فلوب في الثانية بدقة Fp32 واحدة لكل وحدة. تم استخدام QS22 المستندة إلى معالج PowerXCell 8i في حاسوب IBM Roadrunner العملاق. تستخدم Mercury وIBM معالج Cell المستغل بالكامل مع ثمانية SPEs نشطة. في 8 أبريل 2008، أصدرت شركة Fixstars Corporation لوحة تسريع PCI Express المستندة إلى معالج PowerXCell 8i. [23]

يستخدم خادم الحوسبة الإعلامية عالي الأداء ZEGO من Sony معالج Cell/BE بسرعة 3.2 جيجاهرتز.

ملخص

محرك النطاق العريض الخلوي ، أو Cell كما يُعرف بشكل أكثر شيوعًا، هو معالج دقيق مخصص ليكون هجينًا من معالجات سطح المكتب التقليدية (مثل عائلات Athlon 64 و Core 2 ) ومعالجات عالية الأداء أكثر تخصصًا، مثل معالجات الرسوميات NVIDIA و ATI ( GPUs ). يشير الاسم الأطول إلى الاستخدام المقصود منه، أي كمكون في أنظمة التوزيع عبر الإنترنت الحالية والمستقبلية ؛ وبالتالي يمكن استخدامه في شاشات العرض عالية الدقة ومعدات التسجيل، بالإضافة إلى أنظمة HDTV . بالإضافة إلى ذلك، قد يكون المعالج مناسبًا لأنظمة التصوير الرقمي (الطبية والعلمية وما إلى ذلك ) والمحاكاة الفيزيائية ( على سبيل المثال ، النمذجة الهندسية العلمية والبنيوية ). كما هو مستخدم في PlayStation 3، يحتوي على 250 مليون ترانزستور. [24]

في تحليل بسيط، يمكن تقسيم معالج الخلية إلى أربعة مكونات: هياكل الإدخال والإخراج الخارجية، والمعالج الرئيسي المسمى عنصر معالجة الطاقة (PPE) ( نواة PowerPC 2.02 متعددة الخيوط ومتزامنة ثنائية الاتجاه )، [25] وثمانية معالجات مساعدة تعمل بكامل طاقتها تسمى عناصر المعالجة التآزرية ، أو SPEs، وناقل بيانات دائري متخصص عالي النطاق الترددي يربط PPE وعناصر الإدخال/الإخراج وSPEs، ويسمى ناقل الربط بين العناصر أو EIB.

لتحقيق الأداء العالي المطلوب للمهام التي تتطلب قدرًا كبيرًا من الرياضيات، مثل فك تشفير/ترميز تدفقات MPEG ، أو توليد أو تحويل البيانات ثلاثية الأبعاد، أو إجراء تحليل فورييه للبيانات، يقوم معالج Cell بتزويج SPEs وPPE عبر EIB لإعطاء إمكانية الوصول، عبر DMA (الوصول المباشر للذاكرة) المتماسك بالكامل ، إلى كل من الذاكرة الرئيسية ووسائل تخزين البيانات الخارجية الأخرى. لتحقيق أقصى استفادة من EIB، ولتداخل الحوسبة ونقل البيانات، تم تجهيز كل عنصر من عناصر المعالجة التسعة (PPE وSPEs) بمحرك DMA . نظرًا لأن تعليمات التحميل/التخزين الخاصة بـ SPE لا يمكنها الوصول إلا إلى ذاكرة التخزين المؤقت المحلية الخاصة بها ، فإن كل SPE يعتمد بالكامل على DMAs لنقل البيانات من وإلى الذاكرة الرئيسية والذاكرة المحلية لـ SPEs الأخرى. يمكن لعملية DMA نقل مساحة كتلة واحدة بحجم يصل إلى 16 كيلوبايت، أو قائمة من 2 إلى 2048 من هذه الكتل. أحد القرارات التصميمية الرئيسية في بنية Cell هو استخدام DMAs كوسيلة مركزية لنقل البيانات داخل الشريحة، بهدف تمكين أقصى قدر من عدم التزامن والتزامن في معالجة البيانات داخل الشريحة. [26]

إن وحدة المعالجة المركزية، القادرة على تشغيل نظام تشغيل تقليدي، تتحكم في وحدات المعالجة المركزية ويمكنها بدء وإيقاف ومقاطعة وجدولة العمليات الجارية على وحدات المعالجة المركزية. ولتحقيق هذه الغاية، تحتوي وحدة المعالجة المركزية على تعليمات إضافية تتعلق بالتحكم في وحدات المعالجة المركزية. وعلى عكس وحدات المعالجة المركزية، يمكن لوحدة المعالجة المركزية قراءة وكتابة الذاكرة الرئيسية والذاكرات المحلية لوحدات المعالجة المركزية من خلال تعليمات التحميل/التخزين القياسية. وعلى الرغم من امتلاك وحدات المعالجة المركزية لبنية تورينج الكاملة ، إلا أنها ليست مستقلة تمامًا وتتطلب من وحدة المعالجة المركزية تجهيزها قبل أن تتمكن من القيام بأي عمل مفيد. ونظرًا لأن معظم "قوة الحصان" للنظام تأتي من عناصر المعالجة التآزرية، فإن استخدام DMA كطريقة لنقل البيانات والبصمة المحدودة للذاكرة المحلية لكل وحدة معالجة مركزية يشكلان تحديًا كبيرًا لمطوري البرامج الذين يرغبون في تحقيق أقصى استفادة من هذه القوة، مما يتطلب ضبطًا يدويًا دقيقًا للبرامج لاستخراج الأداء الأقصى من وحدة المعالجة المركزية هذه.

تتضمن بنية PPE والحافلة أوضاع تشغيل مختلفة توفر مستويات مختلفة من حماية الذاكرة ، مما يسمح بحماية مناطق الذاكرة من الوصول بواسطة عمليات محددة تعمل على SPEs أو PPE.

إن كلاً من PPE وSPE عبارة عن بنيات RISC ذات تنسيق تعليمات ثابت العرض 32 بت. يحتوي PPE على مجموعة سجلات عامة الغرض (GPR) 64 بت، ومجموعة سجلات فاصلة عائمة 64 بت، ومجموعة سجلات Altivec 128 بت . يحتوي SPE على سجلات 128 بت فقط. يمكن استخدامها لأنواع البيانات القياسية التي تتراوح من 8 بت إلى 64 بت في الحجم أو لحسابات SIMD على مجموعة متنوعة من تنسيقات الأعداد الصحيحة والفاصلة العائمة. يتم التعبير عن عناوين ذاكرة النظام لكل من PPE وSPE كقيم 64 بت لنطاق عنوان نظري يبلغ 2 64 بايت (16 إكسابايت أو 16777216 تيرابايت). في الممارسة العملية، لا يتم تنفيذ كل هذه البتات في الأجهزة. يتم التعبير عن عناوين التخزين المحلي الداخلية لمعالج SPU (وحدة المعالجة التآزرية) ككلمة 32 بت. في الوثائق المتعلقة بالخلية، تُفهم الكلمة دائمًا على أنها تعني 32 بت، والكلمة المزدوجة تعني 64 بت، والكلمة الرباعية تعني 128 بت.

باور اكس سيل 8i

في عام 2008، أعلنت شركة IBM عن إصدار منقح من معالج Cell يسمى PowerXCell 8i ، [27] وهو متوفر في خوادم QS22 Blade من IBM. يتم تصنيع PowerXCell على عملية 65 نانومتر ، ويضيف دعمًا لما يصل إلى 32 جيجابايت من ذاكرة DDR2 ذات الفتحات، بالإضافة إلى تحسين أداء الفاصلة العائمة بدقة مزدوجة بشكل كبير على SPEs من ذروة تبلغ حوالي 12.8  GFLOPS إلى 102.4 GFLOPS إجمالاً لثمانية SPEs، وهو، بالمصادفة، نفس الأداء الأقصى مثل معالج NEC SX-9 المتجه الذي تم إصداره في نفس الوقت تقريبًا. يتكون حاسوب IBM Roadrunner العملاق، الأسرع في العالم خلال الفترة 2008-2009، من 12240 معالج PowerXCell 8i، إلى جانب 6562 معالج AMD Opteron . [28] كما سيطرت أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي تعمل بمعالج PowerXCell 8i على جميع الأنظمة الستة الأكثر "خضرة" في قائمة Green500، مع أعلى نسبة MFLOPS/Watt لأجهزة الكمبيوتر العملاقة في العالم. [29] بجانب QS22 وأجهزة الكمبيوتر العملاقة، يتوفر معالج PowerXCell أيضًا كمسرع على بطاقة PCI Express ويُستخدم كمعالج أساسي في مشروع QPACE .

نظرًا لأن PowerXCell 8i أزال واجهة ذاكرة RAMBUS، وأضاف واجهات DDR2 أكبر بشكل ملحوظ وSPEs محسّنة، فقد كان من الضروري إعادة تصميم تخطيط الشريحة، مما أدى إلى زيادة حجم كل من قالب الشريحة والتغليف. [30]

بنيان

في حين أن شريحة الخلية يمكن أن يكون لها عدد من التكوينات المختلفة، فإن التكوين الأساسي هو شريحة متعددة النواة تتكون من "عنصر معالج الطاقة" ("PPE") (يُطلق عليه أحيانًا "عنصر المعالجة" أو "PE")، و"عناصر المعالجة التآزرية" المتعددة ("SPE"). [31] يتم ربط PPE وSPE معًا بواسطة ناقل داخلي عالي السرعة يُطلق عليه "ناقل الربط بين العناصر" ("EIB").

عنصر معالج الطاقة (PPE)

إن PPE [32] [33] [34] هو نواة وحدة المعالجة المركزية متعددة الخيوط المتزامنة ثنائية الإصدار والمبنية على PowerPC مع خط أنابيب مكون من 23 مرحلة يعمل كمتحكم لثمانية SPEs، والتي تتعامل مع معظم عبء العمل الحسابي. تتمتع PPE بقدرات تنفيذ محدودة خارج الترتيب؛ يمكنها تنفيذ أحمال خارج الترتيب ولديها خطوط أنابيب تنفيذ متأخرة. ستعمل PPE مع أنظمة التشغيل التقليدية نظرًا لتشابهها مع معالجات PowerPC الأخرى ذات 64 بت، في حين تم تصميم SPEs لتنفيذ التعليمات البرمجية ذات النقطة العائمة المتجهة. تحتوي PPE على ذاكرة تخزين مؤقتة للتعليمات من المستوى 1 بحجم 32 كيلوبايت ، وذاكرة تخزين مؤقتة للبيانات من المستوى 1 بحجم 32 كيلوبايت، وذاكرة تخزين مؤقتة من المستوى 2 بحجم 512 كيلوبايت. يبلغ حجم خط ذاكرة التخزين المؤقت 128 بايت في جميع ذاكرات التخزين المؤقتة. [27] : 136–137، 141  بالإضافة إلى ذلك، تضمنت IBM وحدة AltiVec (VMX) [35] والتي تم تصميمها بالكامل لنقطة عائمة ذات دقة واحدة (لا يدعم Altivec 1 متجهات النقطة العائمة ذات الدقة المزدوجة )، ووحدة النقطة الثابتة 32 بت (FXU) مع ملف سجل 64 بت لكل خيط، ووحدة التحميل والتخزين (LSU) ، ووحدة النقطة العائمة 64 بت (FPU) ، ووحدة الفرع (BRU) ووحدة تنفيذ الفرع (BXU). [32] تتكون PPE من ثلاث وحدات رئيسية: وحدة التعليمات (IU)، ووحدة التنفيذ (XU)، ووحدة تنفيذ المتجه/القياسي (VSU). تحتوي IU على ذاكرة تخزين مؤقتة للتعليمات L1 وأجهزة التنبؤ بالفرع ومخازن التعليمات ومنطق التحقق من التبعية. تحتوي XU على وحدات تنفيذ عدد صحيح (FXU) ووحدة تحميل وتخزين (LSU). تحتوي VSU على جميع موارد التنفيذ لوحدة FPU وVMX. يمكن لكل PPE إكمال عمليتين بدقة مزدوجة لكل دورة ساعة باستخدام تعليمات دمج الضرب والإضافة القياسية، والتي تترجم إلى 6.4  جيجا فلوب عند 3.2 جيجا هرتز؛ أو ثماني عمليات بدقة واحدة لكل دورة ساعة باستخدام تعليمات دمج الضرب والإضافة المتجهة، والتي تترجم إلى 25.6 جيجا فلوب عند 3.2 جيجا هرتز. [36]

زينون في Xbox 360

تم تصميم PPE خصيصًا لمعالج Cell ولكن أثناء التطوير، اتصلت Microsoft بشركة IBM التي تريد نواة معالج عالية الأداء لجهاز Xbox 360 الخاص بها. امتثلت IBM وصنعت معالج Xenon ثلاثي النواة ، استنادًا إلى نسخة معدلة قليلاً من PPE مع إضافة ملحقات VMX128. [37] [38]

عنصر المعالجة التآزرية (SPE)

كل SPE عبارة عن معالج مزدوج الإصدار يتكون من "وحدة معالجة تآزرية"، [39] SPU، و"وحدة تحكم تدفق الذاكرة"، MFC ( DMA ، MMU ، وواجهة الناقل ). لا تحتوي SPEs على أي أجهزة للتنبؤ بالفروع (وبالتالي هناك عبء ثقيل على المترجم). [40] تحتوي كل SPE على 6 وحدات تنفيذ مقسمة بين خطوط أنابيب فردية وزوجية على كل SPE: تشغل SPU مجموعة تعليمات تم تطويرها خصيصًا (ISA) مع تنظيم SIMD 128 بت [35] [2] [41] لتعليمات الدقة الفردية والمزدوجة. مع الجيل الحالي من Cell، تحتوي كل SPE على  ذاكرة وصول عشوائي ثابتة مدمجة سعتها 256 كيلوبايت للتعليمات والبيانات، تسمى "التخزين المحلي" (لا ينبغي الخلط بينها وبين "الذاكرة المحلية" في مستندات Sony التي تشير إلى VRAM) والتي تكون مرئية لـ PPE ويمكن معالجتها مباشرة بواسطة البرنامج. يمكن لكل SPE دعم ما يصل إلى 4 جيجابايت من ذاكرة التخزين المحلية. لا يعمل المخزن المحلي مثل ذاكرة التخزين المؤقتة التقليدية لوحدة المعالجة المركزية لأنه ليس شفافًا للبرمجيات ولا يحتوي على هياكل أجهزة تتنبأ بالبيانات التي يجب تحميلها. تحتوي SPEs على ملف سجل مكون من 128 بت و128 إدخالًا ويبلغ قياسها 14.5 مم 2 على عملية 90 نانومتر. يمكن لـ SPEs العمل على ستة عشر عددًا صحيحًا مكونًا من 8 بتات، أو ثمانية أعداد صحيحة مكونة من 16 بتًا، أو أربعة أعداد صحيحة مكونة من 32 بتًا، أو أربعة أرقام عائمة ذات دقة واحدة في دورة ساعة واحدة، بالإضافة إلى عملية ذاكرة. لاحظ أن SPU لا يمكنها الوصول مباشرة إلى ذاكرة النظام؛ يجب تمرير عناوين الذاكرة الافتراضية المكونة من 64 بت والتي تشكلها SPU من SPU إلى وحدة تحكم تدفق ذاكرة SPE (MFC) لإعداد عملية DMA داخل مساحة عنوان النظام.

في أحد سيناريوهات الاستخدام النموذجية، يقوم النظام بتحميل وحدات المعالجة المركزية ببرامج صغيرة (مشابهة للخيوط )، وربط وحدات المعالجة المركزية معًا للتعامل مع كل خطوة في عملية معقدة. على سبيل المثال، قد يقوم جهاز فك التشفير بتحميل برامج لقراءة أقراص DVD وفك تشفير الفيديو والصوت والعرض، وسيتم تمرير البيانات من وحدة معالجة مركزية إلى أخرى حتى تنتهي أخيرًا على التلفزيون. هناك إمكانية أخرى تتمثل في تقسيم مجموعة البيانات المدخلة وجعل عدة وحدات معالجة مركزية تؤدي نفس النوع من العمليات بالتوازي. عند 3.2 جيجاهرتز، تعطي كل وحدة معالجة مركزية 25.6 جيجافلوبس نظريًا من الأداء بدقة واحدة.

بالمقارنة مع معاصريه من أجهزة الكمبيوتر الشخصية ، يبدو أن الأداء الإجمالي المرتفع نسبيًا للفاصلة العائمة لمعالج Cell يتضاءل مقارنةً بقدرات وحدة SIMD في وحدات المعالجة المركزية مثل Pentium 4 و Athlon 64. ومع ذلك، فإن مقارنة قدرات الفاصلة العائمة فقط لنظام ما هي مقياس أحادي البعد ومحدد للتطبيق. على عكس معالج Cell، فإن وحدات المعالجة المركزية المكتبية هذه أكثر ملاءمة للبرامج العامة التي تعمل عادةً على أجهزة الكمبيوتر الشخصية. بالإضافة إلى تنفيذ تعليمات متعددة لكل ساعة، تتميز المعالجات من Intel وAMD بتنبؤات الفروع . تم تصميم Cell للتعويض عن ذلك بمساعدة المترجم، حيث يتم إنشاء تعليمات التحضير للفرع. بالنسبة لعمليات الفاصلة العائمة ذات الدقة المزدوجة، كما هو مستخدم أحيانًا في أجهزة الكمبيوتر الشخصية وغالبًا ما يستخدم في الحوسبة العلمية، ينخفض ​​أداء Cell بمقدار مرتبة واحدة من حيث الحجم، ولكنه لا يزال يصل إلى 20.8 GFLOPS (1.8 GFLOPS لكل SPE، 6.4 GFLOPS لكل PPE). يصل متغير PowerXCell 8i، الذي تم تصميمه خصيصًا للدقة المزدوجة، إلى 102.4 جيجا فلوب في الحسابات ذات الدقة المزدوجة. [42]

تظهر الاختبارات التي أجرتها شركة IBM أن SPEs يمكنها الوصول إلى 98% من ذروة أدائها النظري من خلال تشغيل عملية ضرب المصفوفات المتوازية المُحسَّنة. [36]

قامت شركة توشيبا بتطوير معالج مساعد يعمل بأربعة محركات معالجة رسومية، ولكن بدون محرك معالجة رسومية، ويسمى SpursEngine، وهو مصمم لتسريع تأثيرات الأفلام ثلاثية الأبعاد في الإلكترونيات الاستهلاكية.

تحتوي كل وحدة معالجة مركزية على ذاكرة محلية بحجم 256 كيلو بايت. [43] وفي المجمل، تحتوي وحدات المعالجة المركزية على 2 ميجا بايت من الذاكرة المحلية.

ناقل الربط بين العناصر (EIB)

إن EIB عبارة عن ناقل اتصال داخلي لمعالج Cell والذي يربط بين عناصر النظام المختلفة على الشريحة: معالج PPE، ووحدة التحكم في الذاكرة (MIC)، وثمانية معالجات مساعدة SPE، وواجهتي إدخال/إخراج خارج الشريحة، بإجمالي 12 مشاركًا في PS3 (قد يختلف عدد وحدات SPU في التطبيقات الصناعية). يتضمن EIB أيضًا وحدة تحكيم تعمل كمجموعة من إشارات المرور. في بعض المستندات، تشير IBM إلى المشاركين في EIB باسم "الوحدات".

يتم تنفيذ EIB حاليًا كحلقة دائرية تتكون من أربع قنوات أحادية الاتجاه بعرض 16 بايت والتي تدور عكسيًا في أزواج. عندما تسمح أنماط المرور، يمكن لكل قناة نقل ما يصل إلى ثلاث معاملات في وقت واحد. نظرًا لأن EIB يعمل بنصف معدل ساعة النظام، فإن معدل القناة الفعال هو 16 بايت لكل ساعتين للنظام. عند أقصى تزامن ، مع ثلاث معاملات نشطة على كل من الحلقات الأربع، يبلغ عرض النطاق الترددي اللحظي الأقصى لـ EIB 96 بايت لكل ساعة (12 معاملة متزامنة × 16 بايت عرضًا / ساعتان للنظام لكل نقل). في حين يتم الاستشهاد بهذا الرقم غالبًا في أدبيات IBM، فمن غير الواقعي ببساطة قياس هذا الرقم حسب سرعة ساعة المعالج. تفرض وحدة التحكيم قيودًا إضافية.

يشرح كبير مهندسي IBM، ديفيد كرولاك، المصمم الرئيسي لـ EIB، نموذج التزامن:

يمكن للحلقة أن تبدأ عملية جديدة كل ثلاث دورات. تستغرق كل عملية نقل ثماني نبضات دائمًا. كان هذا أحد التبسيطات التي أجريناها، وهو مُحسَّن لبث الكثير من البيانات. إذا أجريت عمليات صغيرة، فلن تعمل بشكل جيد تمامًا. إذا فكرت في قطارات مكونة من ثماني عربات تدور حول هذا المسار، طالما أن القطارات لا تصطدم ببعضها البعض، فيمكنها التعايش على المسار. [44]

يحتوي كل مشارك في EIB على منفذ قراءة واحد بسعة 16 بايت ومنفذ كتابة واحد بسعة 16 بايت. والحد الأقصى للمشارك الواحد هو القراءة والكتابة بمعدل 16 بايت لكل ساعة EIB (للتبسيط غالبًا ما يُنظر إليه على أنه 8 بايت لكل ساعة نظام). يحتوي كل معالج SPU على قائمة انتظار مخصصة لإدارة DMA قادرة على جدولة تسلسلات طويلة من المعاملات إلى نقاط نهاية مختلفة دون التدخل في العمليات الحسابية الجارية لـ SPU؛ يمكن إدارة قوائم انتظار DMA هذه محليًا أو عن بُعد أيضًا، مما يوفر مرونة إضافية في نموذج التحكم.

تتدفق البيانات على قناة EIB تدريجيًا حول الحلقة. ونظرًا لوجود اثني عشر مشاركًا، فإن العدد الإجمالي للخطوات حول القناة للعودة إلى نقطة الأصل هو اثني عشر. وست خطوات هي أطول مسافة بين أي زوج من المشاركين. ولا يُسمح لقناة EIB بنقل البيانات التي تتطلب أكثر من ست خطوات؛ ويجب أن تأخذ هذه البيانات المسار الأقصر حول الدائرة في الاتجاه الآخر. إن عدد الخطوات المشاركة في إرسال الحزمة له تأثير ضئيل للغاية على زمن انتقال النقل: سرعة الساعة التي تحرك الخطوات سريعة جدًا نسبيًا مقارنة بالاعتبارات الأخرى. ومع ذلك، فإن مسافات الاتصال الأطول تضر بالأداء العام لقناة EIB لأنها تقلل من التزامن المتاح.

على الرغم من رغبة IBM الأصلية في تنفيذ EIB كشريط عرضي أكثر قوة، فإن التكوين الدائري الذي تبنته لتوفير الموارد نادرًا ما يمثل عامل تقييد لأداء شريحة Cell ككل. في أسوأ الأحوال، يجب على المبرمج توخي عناية إضافية لجدولة أنماط الاتصال حيث يكون EIB قادرًا على العمل بمستويات عالية من التزامن.

وأوضح ديفيد كرولاك:

حسنًا، في البداية، في وقت مبكر من عملية التطوير، كان العديد من الأشخاص يضغطون من أجل مفتاح العارضة، وبالطريقة التي تم تصميم الحافلة بها، يمكنك في الواقع سحب EIB ووضع مفتاح العارضة إذا كنت على استعداد لتخصيص مساحة أكبر من السيليكون على الشريحة للأسلاك. كان علينا إيجاد توازن بين الاتصال والمساحة، ولم يكن هناك مساحة كافية لوضع مفتاح العارضة بالكامل. لذلك توصلنا إلى هذا الهيكل الحلقي الذي نعتقد أنه مثير للاهتمام للغاية. إنه يتناسب مع قيود المساحة ولا يزال يتمتع بنطاق ترددي مثير للإعجاب للغاية. [44]

تقييم النطاق الترددي

عند 3.2 جيجاهرتز، يتدفق كل قناة بمعدل 25.6 جيجابايت/ثانية. عند النظر إلى EIB بمعزل عن عناصر النظام التي يتصل بها، فإن تحقيق اثني عشر معاملة متزامنة بهذا المعدل من التدفق يعمل على عرض نطاق EIB المجرد البالغ 307.2 جيجابايت/ثانية. بناءً على هذا الرأي، تصور العديد من منشورات IBM عرض النطاق الترددي المتاح لـ EIB على أنه "أكبر من 300 جيجابايت/ثانية". يعكس هذا الرقم عرض النطاق الترددي الأقصى اللحظي لـ EIB المقاس بتردد المعالج. [45]

ومع ذلك، هناك قيود تقنية أخرى متضمنة في آلية التحكيم الخاصة بالحزم المقبولة على الناقل. وقد أوضحت مجموعة أداء أنظمة IBM ما يلي:

يمكن لكل وحدة على EIB إرسال واستقبال 16 بايت من البيانات في نفس الوقت لكل دورة ناقل. يقتصر الحد الأقصى لعرض النطاق الترددي للبيانات لـ EIB بالكامل على الحد الأقصى لمعدل التجسس على العناوين عبر جميع الوحدات في النظام، وهو عنوان واحد لكل دورة ناقل. نظرًا لأن كل طلب عنوان تجسس يمكنه نقل ما يصل إلى 128 بايت، فإن عرض النطاق الترددي الأقصى النظري للبيانات على EIB عند 3.2 جيجاهرتز هو 128 بايت × 1.6 جيجاهرتز = 204.8 جيجابايت/ثانية. [36]

يبدو أن هذا الاقتباس يمثل المدى الكامل للإفصاح العام من جانب شركة IBM عن هذه الآلية وتأثيرها. إن وحدة التحكيم التابعة لبنك الاستثمار الأوروبي، وآلية التجسس، وتوليد المقاطعات عند حدوث أخطاء في ترجمة المقاطع أو الصفحات، لم يتم وصفها بشكل جيد في مجموعة الوثائق التي تم نشرها حتى الآن من قبل شركة IBM. [ بحاجة لمصدر ]

في الممارسة العملية، يمكن أيضًا تقييد عرض النطاق الترددي الفعال لـ EIB بواسطة المشاركين في الحلقة المعنيين. في حين يمكن لكل من نوى المعالجة التسعة تحمل 25.6 جيجابايت/ثانية من القراءة والكتابة في وقت واحد، فإن وحدة تحكم واجهة الذاكرة (MIC) مرتبطة بزوج من قنوات ذاكرة XDR مما يسمح بتدفق أقصى يبلغ 25.6 جيجابايت/ثانية للقراءة والكتابة مجتمعة، كما تم توثيق وحدتي التحكم في الإدخال والإخراج لدعم سرعة إدخال مجمعة قصوى تبلغ 25.6 جيجابايت/ثانية وسرعة إخراج مجمعة قصوى تبلغ 35 جيجابايت/ثانية.

ولإضافة المزيد من الارتباك، تستشهد بعض المنشورات القديمة بعرض النطاق الترددي EIB بافتراض ساعة نظام تبلغ 4 جيجاهرتز. وينتج عن إطار المرجع هذا رقم عرض النطاق الترددي EIB الفوري وهو 384 جيجابايت/ثانية ورقم عرض النطاق الترددي المحدود بالتحكيم وهو 256 جيجابايت/ثانية.

بالنظر إلى كل شيء، فإن الرقم النظري 204.8 جيجابايت/ثانية الذي يُستشهد به غالبًا هو الأفضل الذي يجب وضعه في الاعتبار. لقد أظهرت مجموعة أداء أنظمة IBM تدفقات بيانات مركزية على وحدة المعالجة المركزية تصل إلى 197 جيجابايت/ثانية على معالج Cell يعمل بتردد 3.2 جيجاهرتز، لذا فإن هذا الرقم يعكس الممارسة أيضًا. [36]

وحدات التحكم في الذاكرة والإدخال والإخراج

تحتوي الخلية على ماكرو Rambus XIO ثنائي القناة يتصل بذاكرة Rambus XDR . وحدة التحكم في واجهة الذاكرة (MIC) منفصلة عن ماكرو XIO وهي مصممة بواسطة IBM. يعمل رابط XIO-XDR بسرعة 3.2 جيجابت/ثانية لكل دبوس. يمكن لقناتين 32 بت توفير حد أقصى نظري يبلغ 25.6 جيجابايت/ثانية.

تُعرف واجهة الإدخال/الإخراج، وهي أيضًا تصميم من تصميم Rambus، باسم FlexIO. يتم تنظيم واجهة FlexIO في 12 مسارًا، كل مسار عبارة عن مسار أحادي الاتجاه من نقطة إلى نقطة بعرض 8 بت. خمسة مسارات من نقطة إلى نقطة بعرض 8 بت هي مسارات واردة إلى Cell، بينما المسارات السبعة المتبقية هي مسارات صادرة. يوفر هذا عرض نطاق ذروة نظري يبلغ 62.4 جيجابايت/ثانية (36.4 جيجابايت/ثانية صادرة، و26 جيجابايت/ثانية واردة) عند 2.6 جيجاهرتز. يمكن ضبط واجهة FlexIO بشكل مستقل، عادةً عند 3.2 جيجاهرتز. تدعم 4 مسارات واردة + 4 مسارات صادرة تماسك الذاكرة.

التطبيقات الممكنة

بطاقة معالجة الفيديو

لقد قامت بعض الشركات، مثل Leadtek ، بإصدار بطاقات PCI-E تعتمد على Cell للسماح بالتحويل "الأسرع من الوقت الحقيقي" لمقاطع الفيديو H.264 و MPEG-2 و MPEG-4 . [46]

خادم الشفرة

في 29 أغسطس 2007، أعلنت شركة IBM عن BladeCenter QS21. حيث يولد 1.05 جيجا عمليات فاصلة عائمة في الثانية (جيجافلوبس) لكل واط، مع أداء ذروة يبلغ حوالي 460 جيجافلوبس، وهو أحد أكثر منصات الحوسبة كفاءة في استهلاك الطاقة حتى الآن. يمكن لهيكل BladeCenter واحد تحقيق 6.4 تيرا عمليات فاصلة عائمة في الثانية (تيرا فلوب) وأكثر من 25.8 تيرا فلوب في رف قياسي 42U. [47]

في 13 مايو 2008، أعلنت شركة IBM عن BladeCenter QS22. يقدم QS22 معالج PowerXCell 8i بأداء فاصلة عائمة مزدوج الدقة خمسة أضعاف أداء QS21، وسعة تصل إلى 32 جيجابايت من ذاكرة DDR2 على الشفرة. [48]

أوقفت شركة IBM خط إنتاج خوادم Blade المستندة إلى معالجات Cell اعتبارًا من 12 يناير 2012. [49]

لوحة PCI Express

توفر العديد من الشركات لوحات PCI-e التي تستخدم IBM PowerXCell 8i. تم الإبلاغ عن الأداء على أنه 179.2 جيجا فلوب في الثانية (SP)، و89.6 جيجا فلوب في الثانية (DP) عند 2.8 جيجا هرتز. [50] [51]

ألعاب الفيديو

كان جهاز ألعاب الفيديو PlayStation 3 من إنتاج شركة Sony هو أول تطبيق إنتاجي لمعالج Cell، والذي يعمل بتردد 3.2  جيجاهرتز ويحتوي على سبعة من ثمانية معالجات SPE تشغيلية، للسماح لشركة Sony بزيادة العائد على تصنيع المعالج. ستة فقط من المعالجات SPE السبعة متاحة للمطورين حيث يتم حجز واحدة بواسطة نظام التشغيل. [21]

سينما منزلية

بطاقات B-CAS في جهاز استقبال Toshiba Cell Regza، استنادًا إلى محرك النطاق العريض Cell Broadband Engine

أنتجت شركة توشيبا أجهزة تلفاز عالية الدقة باستخدام تقنية Cell. وقد قدمت نظامًا لفك تشفير 48 بثًا بتنسيق MPEG-2 بدقة قياسية في وقت واحد على شاشة بدقة 1920×1080 . [52] [53] وهذا من شأنه تمكين المشاهد من اختيار قناة بناءً على عشرات مقاطع الفيديو المصغرة المعروضة في وقت واحد على الشاشة.

الحوسبة الفائقة

كان حاسوب IBM العملاق، IBM Roadrunner ، هجينًا من معالجات Opteron x86-64 للأغراض العامة بالإضافة إلى معالجات Cell. احتل هذا النظام المركز الأول في قائمة أفضل 500 حاسوب في يونيو 2008 باعتباره أول حاسوب عملاق يعمل بسرعات بيتافلوبس ، بعد أن اكتسب سرعة ثابتة تبلغ 1.026 بيتافلوبس باستخدام معيار LINPACK القياسي . استخدم IBM Roadrunner إصدار PowerXCell 8i من معالج Cell، المصنوع باستخدام تقنية 65 نانومتر ووحدات معالجة خاصة محسّنة يمكنها التعامل مع حسابات الدقة المزدوجة في سجلات 128 بت، لتصل إلى دقة مزدوجة تبلغ 102 جيجافلوب لكل شريحة. [54] [55]

الحوسبة العنقودية

تشكل مجموعات وحدات تحكم PlayStation 3 بديلاً جذابًا للأنظمة المتطورة القائمة على شفرات Cell. قام مختبر الحوسبة المبتكرة، وهي مجموعة يقودها جاك دونجارا ، في قسم علوم الكمبيوتر بجامعة تينيسي، بالتحقيق في مثل هذا التطبيق بعمق. [56] تبيع Terrasoft Solutions مجموعات PS3 ذات 8 عقد و32 عقدة مع تثبيت Yellow Dog Linux مسبقًا، وهو تنفيذ لبحث دونجارا.

كما ذكرت Wired لأول مرة في 17 أكتوبر 2007، [57] تم تنفيذ تطبيق مثير للاهتمام لاستخدام PlayStation 3 في تكوين مجموعة بواسطة عالم الفيزياء الفلكية Gaurav Khanna ، من قسم الفيزياء بجامعة ماساتشوستس دارتموث ، والذي استبدل الوقت المستخدم على أجهزة الكمبيوتر العملاقة بمجموعة من ثمانية أجهزة PlayStation 3. بعد ذلك، يستخدم الجيل التالي من هذا الجهاز، والذي يسمى الآن PlayStation 3 Gravity Grid ، شبكة من 16 جهازًا، ويستغل معالج Cell للتطبيق المقصود وهو اندماج الثقب الأسود الثنائي باستخدام نظرية الاضطراب . على وجه الخصوص، تقوم المجموعة بإجراء عمليات محاكاة فيزيائية فلكية لثقوب سوداء هائلة الكتلة تلتقط أجسامًا مضغوطة أصغر حجمًا وقد أنتجت بيانات رقمية نُشرت عدة مرات في الأدبيات البحثية العلمية ذات الصلة. [58] تحتوي نسخة معالج Cell التي يستخدمها PlayStation 3 على وحدة معالجة مركزية رئيسية و6 معالجات SPE متاحة للمستخدم، مما يمنح جهاز Gravity Grid شبكة مكونة من 16 معالجًا للأغراض العامة و96 معالجًا متجهًا. تبلغ تكلفة بناء الجهاز لمرة واحدة 9000 دولار وهو مناسب لمحاكاة الثقب الأسود والتي قد تكلف 6000 دولار لكل تشغيل على جهاز كمبيوتر فائق تقليدي. لا تتطلب حسابات الثقب الأسود الكثير من الذاكرة ويمكن توطينها بسهولة، وبالتالي فهي مناسبة تمامًا لهذا الهيكل. يزعم خانا أن أداء المجموعة يتجاوز أداء مجموعة Linux التقليدية القائمة على أكثر من 100 نواة Intel Xeon في عمليات المحاكاة الخاصة به. حازت PS3 Gravity Grid على اهتمام إعلامي كبير خلال عام 2007، [59] 2008، [60] [61] 2009، [62] [63] [64] و2010. [65] [66]

في عام 2007، قام مختبر الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية الحاسوبية في جامعة بومبيو فابرا في برشلونة بنشر نظام BOINC يسمى PS3GRID [67] للحوسبة التعاونية استنادًا إلى برنامج CellMD، وهو أول برنامج مصمم خصيصًا لمعالج Cell.

نشر مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية مجموعة بلاي ستيشن 3 تضم أكثر من 1700 وحدة، أطلق عليها اسم "مجموعة كوندور"، لتحليل صور الأقمار الصناعية عالية الدقة . تزعم القوات الجوية أن مجموعة كوندور ستكون ثالث أكبر حاسوب عملاق في العالم من حيث السعة. [68] وقد فتح المختبر الحاسوب العملاق للاستخدام من قبل الجامعات لأغراض البحث. [69]

الحوسبة الموزعة

بمساعدة قوة الحوسبة لأكثر من نصف مليون وحدة تحكم بلاي ستيشن 3، تم الاعتراف بمشروع الحوسبة الموزعة Folding@home من قبل موسوعة غينيس للأرقام القياسية باعتباره أقوى شبكة موزعة في العالم. تم تحقيق الرقم القياسي الأول في 16 سبتمبر 2007، حيث تجاوز المشروع بيتافلوبس واحد ، وهو ما لم تحققه من قبل شبكة حوسبة موزعة. بالإضافة إلى ذلك، مكنت الجهود الجماعية PS3 وحدها من الوصول إلى علامة بيتافلوبس في 23 سبتمبر 2007. وبالمقارنة، فإن ثاني أقوى حاسوب فائق في العالم في ذلك الوقت، Blue Gene/L من IBM ، كان أداؤه حوالي 478.2 تيرا فلوب، مما يعني أن قوة الحوسبة في Folding@home تعادل ضعف قوة Blue Gene/L تقريبًا (على الرغم من أن الترابط بين وحدات المعالجة المركزية في Blue Gene/L أسرع بأكثر من مليون مرة من متوسط ​​سرعة الشبكة في Folding@home). اعتبارًا من 7 مايو 2011، يعمل Folding@home بسرعة 9.3 x86 بيتا فلوب، مع توليد 1.6 بيتا فلوب بواسطة 26000 جهاز PS3 نشط فقط.

الحواسيب المركزية

أعلنت شركة IBM في 25 أبريل 2007 أنها ستبدأ في دمج معالجاتها الدقيقة Cell Broadband Engine Architecture في خط System z من الحواسيب المركزية الخاصة بالشركة. [70] وقد أدى هذا إلى ظهور إطار اللعبة .

اختراق كلمة المرور

إن بنية المعالج تجعله أكثر ملاءمة لتطبيقات هجمات القوة الغاشمة التشفيرية بمساعدة الأجهزة مقارنة بالمعالجات التقليدية. [71]

هندسة البرمجيات

بسبب الطبيعة المرنة للخلية، هناك عدة احتمالات لاستخدام مواردها، ولا تقتصر فقط على نماذج الحوسبة المختلفة: [72]

قائمة الوظائف

تحافظ PPE على قائمة انتظار الوظائف، وتجدول الوظائف في SPEs، وتراقب التقدم. تقوم كل SPE بتشغيل "نواة صغيرة" تتمثل مهمتها في جلب وظيفة وتنفيذها ومزامنتها مع PPE.

تعدد المهام الذاتية لـ SPEs

يتم توزيع النواة الصغيرة والجدولة عبر SPEs. تتم مزامنة المهام باستخدام مفاتيح المزامنة المتبادلة أو إشارات المرور كما هو الحال في نظام التشغيل التقليدي . تنتظر المهام الجاهزة للتشغيل في قائمة انتظار حتى يقوم SPE بتنفيذها. تستخدم SPEs ذاكرة مشتركة لجميع المهام في هذا التكوين.

معالجة التدفق

يقوم كل SPE بتشغيل برنامج مميز. تأتي البيانات من مجرى إدخال ويتم إرسالها إلى SPEs. عندما ينهي SPE المعالجة، يتم إرسال بيانات الإخراج إلى مجرى إخراج.

يوفر هذا بنية مرنة وقوية لمعالجة التدفق ، ويسمح بالجدولة الصريحة لكل SPE على حدة. كما تتمكن المعالجات الأخرى من تنفيذ مهام التدفق ولكنها محدودة بالنواة المحملة.

تطوير البرمجيات مفتوحة المصدر

في عام 2005، تم تقديم تصحيحات تمكن دعم Cell في نواة Linux للتضمين من قبل مطوري IBM. [73] كما وصف أرند بيرجمان (أحد مطوري التصحيحات المذكورة أعلاه) بنية Cell المستندة إلى Linux في LinuxTag 2005. [74] اعتبارًا من الإصدار 2.6.16 (20 مارس 2006)، تدعم نواة Linux رسميًا معالج Cell. [75]

يمكن برمجة كل من PPE وSPEs بلغة C/C++ باستخدام واجهة برمجة تطبيقات مشتركة تقدمها المكتبات.

توفر Fixstars Solutions نظام Linux Yellow Dog لأنظمة IBM وMercury المستندة إلى Cell، وكذلك لـ PlayStation 3. [76] أقامت Terra Soft شراكة استراتيجية مع Mercury لتوفير حزمة دعم لوحة Linux لـ Cell، ودعم وتطوير تطبيقات البرامج على منصات Cell الأخرى المختلفة، بما في ذلك IBM BladeCenter JS21 وCell QS20، والحلول المستندة إلى Mercury Cell. [77] تحافظ Terra Soft أيضًا على مجموعة بناء وإدارة مجموعة Y-HPC (الحوسبة عالية الأداء) وأدوات تسلسل الجينات Y-Bio. تم ​​بناء Y-Bio على معيار RPM Linux لإدارة الحزم، ويقدم أدوات تساعد باحثي المعلومات الحيوية على إجراء عملهم بكفاءة أكبر. [78] طورت IBM نظام ملفات وهمي لنظام Linux أطلق عليه "Spufs" يبسط الوصول إلى موارد SPE واستخدامها. تحافظ IBM حاليًا على نواة Linux ومنافذ GDB ، بينما تحافظ Sony على سلسلة أدوات GNU ( GCC و binutils ). [79]

في نوفمبر 2005، أصدرت شركة IBM "مجموعة تطوير برامج Cell Broadband Engine (CBE) الإصدار 1.0"، والتي تتكون من محاكي وأدوات متنوعة، على موقعها على الويب. يتم صيانة إصدارات التطوير لأحدث نواة وأدوات Fedora Core 4 على موقع مركز برشلونة للحوسبة الفائقة . [80]

في أغسطس 2007، أصدرت شركة Mercury Computer Systems مجموعة تطوير برامج لجهاز PlayStation 3 للحوسبة عالية الأداء. [81]

في نوفمبر 2007، أصدرت شركة Fixstars Corporation وحدة "CVCell" الجديدة بهدف تسريع العديد من واجهات برمجة التطبيقات OpenCV المهمة لـ Cell. في سلسلة من اختبارات حساب البرمجيات، سجلوا أوقات تنفيذ على معالج Cell بسرعة 3.2 جيجاهرتز كانت أسرع بمقدار 6x إلى 27x مقارنة بنفس البرنامج على معالج Intel Core 2 Duo بسرعة 2.4 جيجاهرتز. [82]

في أكتوبر 2009، أصدرت شركة IBM برنامج تشغيل OpenCL لـ POWER6 وCBE. يتيح هذا تشغيل البرامج المكتوبة في واجهة برمجة التطبيقات متعددة الأنظمة بسهولة على Cell PSE. [83]

رسوم توضيحية للأجيال المختلفة من معالجات Cell/BE وPowerXCell 8i. الصور ليست بالحجم الطبيعي؛ حيث يبلغ مقاس جميع حزم Cell/BE 42.5×42.5 مم ويبلغ مقاس PowerXCell 8i 47.5×47.5 مم.

  • رقاقة 90 نانومتر/BE التي تم شحنها مع جهاز PlayStation 3 الأول. والطريقة المعتادة التي قد تراها بها هي مع غطاء، حيث يتم لصقها ولا يمكن إزالتها بسهولة.
    رقاقة 90 نانومتر/BE التي تم شحنها مع جهاز PlayStation 3 الأول. والطريقة المعتادة التي قد تراها بها هي مع غطاء، حيث يتم لصقها ولا يمكن إزالتها بسهولة.
  • شريحة 90 نانومتر/BE التي تم شحنها مع جهاز PlayStation 3 الأول. وقد تم إزالة الغطاء لإظهار حجم شريحة المعالج الموجودة أسفلها.
    شريحة 90 نانومتر/BE التي تم شحنها مع جهاز PlayStation 3 الأول. وقد تم إزالة الغطاء لإظهار حجم شريحة المعالج الموجودة أسفلها.
  • الجانب السفلي من معالج Cell/BE بتقنية 90 نانومتر يظهر كرات اللحام البالغ عددها 1242، كل منها يبلغ قطرها 0.6 مم، ومجموعة المكثفات التي يبلغ عددها 35 مكثفًا
    الجانب السفلي من معالج Cell/BE بتقنية 90 نانومتر يظهر كرات اللحام البالغ عددها 1242، كل منها يبلغ قطرها 0.6 مم، ومجموعة المكثفات التي يبلغ عددها 35 مكثفًا
  • شريحة 65 نانومتر/BE التي تم شحنها مع أجهزة PlayStation 3 المحدثة. تم إزالة الغطاء لإظهار حجم شريحة المعالج الموجودة أسفلها.
    شريحة 65 نانومتر/BE التي تم شحنها مع أجهزة PlayStation 3 المحدثة. تم إزالة الغطاء لإظهار حجم شريحة المعالج الموجودة أسفلها.
  • شريحة 45 نانومتر/BE التي تم شحنها مع أجهزة PlayStation 3 المحدثة مثل الإصدارات Slim وSuper Slim. تم إزالة الغطاء لإظهار حجم شريحة المعالج الموجودة أسفلها.
    شريحة 45 نانومتر/BE التي تم شحنها مع أجهزة PlayStation 3 المحدثة مثل الإصدارات Slim وSuper Slim. تم إزالة الغطاء لإظهار حجم شريحة المعالج الموجودة أسفلها.
  • معالج PowerXCell 8i عالي الأداء بتقنية 65 نانومتر مع مكثفات إضافية في الأعلى بسبب الفصل المطلوب للضوضاء الناتجة عن واجهة DDR2
    معالج PowerXCell 8i عالي الأداء بتقنية 65 نانومتر مع مكثفات إضافية في الأعلى بسبب الفصل المطلوب للضوضاء الناتجة عن واجهة DDR2

انظر أيضا

مراجع

  1. ^ "PowerPC Architecture Book, Version 2.02". IBM . 16 نوفمبر 2005. مؤرشف من الأصل في 29 نوفمبر 2020.
  2. ^ abc Gschwind, Michael; Hofstee, H. Peter; Flachs, Brian; Hopkins, Martin; Watanabe, Yukio; Yamazaki, Takeshi (March–April 2006). "المعالجة التآزرية في بنية الخلايا متعددة النواة" (PDF) . IEEE Micro . 26 (2). IEEE: 10–24. doi :10.1109/MM.2006.41. S2CID  17834015.
  3. ^ "Cell Designer يتحدث عن PS3 ومعالجات IBM Cell". مؤرشف من الأصل في 21 أغسطس 2006. تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  4. ^ Gaudin, Sharon (9 يونيو 2008). "IBM's Roadrunner smashes 4-minute mile of supercomputing". Computerworld . مؤرشف من الأصل في 24 ديسمبر 2008 . تم الاسترجاع في 10 يونيو 2008 .
  5. ^ فيلدز، جوناثان (9 يونيو 2008). "حاسوب فائق السرعة يحدد سرعة البيتافلوب". بي بي سي نيوز . تم الاسترجاع في 9 يونيو 2008 .
  6. ^ شانكلاند، ستيفن (22 فبراير 2006). "أوكتوبايلر يسعى لتسليح مبرمجي الخلية". سي نت . تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  7. ^ "Cell Broadband Engine Software Development Kit Version 1.0". LWN. 10 نوفمبر 2005. تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  8. ^ كريويل، كيفن (14 فبراير 2005). "الخلية تنتقل إلى دائرة الضوء". تقرير المعالج الدقيق .
  9. ^ ab "مقدمة إلى معالج الخلية المتعدد". مجلة IBM للبحث والتطوير. 7 أغسطس 2005. مؤرشف من الأصل في 28 فبراير 2007. تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  10. ^ abc "IBM Produces Cell Processor Using New Fabrication Technology". X-bit labs. مؤرشف من الأصل في 15 مارس 2007. تم الاسترجاع في 12 مارس 2007 .
  11. ^ "بدء إنتاج معالج CELL بتقنية 65nm". PlayStation Universe. 30 يناير 2007. مؤرشف من الأصل في 2 فبراير 2007. تم الاسترجاع في 18 مايو 2007 .
  12. ^ Stokes, Jon (7 فبراير 2008). "IBM تقلص حجم Cell إلى 45 نانومتر. ستتبعها أجهزة PS3 أرخص". Arstechnica.com . تم الاسترجاع في 19 سبتمبر 2012 .
  13. ^ "IBM تقدم حوسبة ذات أداء أعلى خارج المختبر". IBM . تم الاسترجاع في 15 مايو 2008 .
  14. ^ "سوني ترد على أسئلتنا حول جهاز بلاي ستيشن 3 الجديد". Ars Technica . 18 أغسطس 2009 . تم الاسترجاع في 19 أغسطس 2009 .
  15. ^ "هل سيكون Roadrunner هو الهتاف الأخير لـ Cell؟". 27 أكتوبر 2009. مؤرشف من الأصل في 31 أكتوبر 2009.
  16. ^ “SC09: IBM lässt Cell-Prozessor auslaufen”. HeiseOnline. 20 نوفمبر 2009 . تم الاسترجاع في 21 تشرين الثاني (نوفمبر ) 2009 .
  17. ^ "لم تتوقف شركة IBM عن تطوير معالج Cell". DriverHeaven.net. 23 نوفمبر 2009. مؤرشف من الأصل في 25 نوفمبر 2009. تم الاسترجاع في 24 نوفمبر 2009 .
  18. ^ بيكر، ديفيد (7 فبراير 2005). "شريحة بلاي ستيشن 3 تعاني من انقسام الشخصية". سي نت . تم الاسترجاع في 18 مايو 2007 .
  19. ^ ab Thurrott, Paul (17 مايو 2005). "Sony Ups the Ante with PlayStation 3". WindowsITPro. مؤرشف من الأصل في 30 سبتمبر 2007. تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  20. ^ ab Roper, Chris (17 مايو 2005). "E3 2005: Cell Processor Technology Demos". IGN . تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  21. ^ من تأليف مارتن لينكليتر. "تحسين نواة الخلية". مجلة مطوري الألعاب، أبريل 2007. ص 15-18. لزيادة إنتاجية التصنيع، تشحن شركة سوني معالجات بلاي ستيشن 3 الخلوية مع سبعة معالجات SPE عاملة فقط. ومن بين هذه المعالجات السبع، سيستخدم نظام التشغيل معالجًا واحدًا لأداء مهام مختلفة، مما يترك ستة معالجات SPE ومعالجًا واحدًا PPE لاستخدامه من قبل مبرمجي الألعاب.
  22. ^ "Mercury Wins IBM PartnerWorld Beacon Award". Supercomputing Online. 12 أبريل 2007. تم الاسترجاع في 18 مايو 2007 .[ رابط معطل ]
  23. ^ "Fixstars Releases Accelerator Board Featuring the PowerXCell 8i". Fixstars Corporation. 8 أبريل 2008. مؤرشف من الأصل في 5 يناير 2009. تم الاسترجاع في 18 أغسطس 2008 .
  24. ^ "نظرة خاطفة داخل معالج الخلايا". جاماسوترا . 13 يوليو 2006. تم الاسترجاع في 19 يونيو 2019 .
  25. ^ كوران، سانديب (15 يوليو 2009). "الفصل 2 - عنصر معالجة الطاقة (PPE)". الحوسبة العملية على محرك النطاق العريض الخلوي. Springer Science+Business Media . ص. 17. doi :10.1007/978-1-4419-0308-2_2. ISBN 978-1-4419-0307-5.
  26. ^ Gschwind, Michael (2006). "معالجة الرقائق المتعددة ومحرك النطاق العريض الخلوي". وقائع المؤتمر الثالث حول حدود الحوسبة - CF '06 . ACM. ص. 1-8. doi :10.1145/1128022.1128023. ISBN 1595933026. S2CID  14226551 . تم الاسترجاع في 29 يونيو 2008 .
  27. ^ دليل برمجة محرك النطاق العريض الخلوي بما في ذلك معالج PowerXCell 8i (PDF) . الإصدار 1.11. IBM . 12 مايو 2008. مؤرشف من الأصل (PDF) في 11 مارس 2018. تم الاسترجاع في 10 مارس 2018 .
  28. ^ "IBM تعلن عن PowerXCell 8i، خادم QS22 blade". Beyond3D. مايو 2008. مؤرشف من الأصل في 16 يونيو 2008. تم الاسترجاع في 10 يونيو 2008 .
  29. ^ "قائمة Green500 - نوفمبر 2009". مؤرشف من الأصل في 23 فبراير 2011.
  30. ^ "تغليف المعالج الدقيق لمحرك النطاق العريض الخلوي لتطبيقات الحاسبات العملاقة" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 4 يناير 2014. تم الاسترجاع في 4 يناير 2014 .
  31. ^ "Cell Microprocessor Briefing". IBM، Sony Computer Entertainment Inc.، Toshiba Corp. 7 فبراير 2005.
  32. ^ ab Kim, Hyesoon (ربيع 2011). "CS4803DGC تصميم وبرمجة وحدة التحكم في الألعاب" (PDF) .
  33. ^ كوران، سانديب (2009). الحوسبة العملية على محرك النطاق العريض الخلوي. Springer Science+Business Media. ص. 19. ISBN 9781441903082.
  34. ^ Hofstee, H. Peter (2005). "All About the Cell Processor" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 6 سبتمبر 2011.
  35. ^ "تصميم المعالج الموفر للطاقة ومعالج الخلية" (PDF) . IBM. 16 فبراير 2005. مؤرشف من الأصل (PDF) في 26 أبريل 2005. تم الاسترجاع في 12 يونيو 2005 .
  36. ^ abcd Chen, Thomas; Raghavan, Ram; Dale, Jason; Iwata, Eiji (29 نوفمبر 2005). "Cell Broadband Engine Architecture and its first implementation". IBM developerWorks . مؤرشف من الأصل في 27 أكتوبر 2012. تم الاسترجاع في 9 سبتمبر 2012 .
  37. ^ ألكسندر، لي (16 يناير 2009). "معالجة الحقيقة: مقابلة مع ديفيد شيبي]". جاماسوترا .
  38. ^ لاست، جوناثان ف. (30 ديسمبر 2008). "لعب دور الأحمق". وول ستريت جورنال .
  39. ^ SPU Application Binary Interface Specification (PDF) . 18 يوليو 2008. مؤرشف من الأصل (PDF) في 18 نوفمبر 2014. تم الاسترجاع في 24 يناير 2015 .
  40. ^ "IBM Research - Cell". IBM . مؤرشف من الأصل في 14 يونيو 2005 . تم الاسترجاع في 11 يونيو 2005 .
  41. ^ "هندسة SIMD جديدة لشريحة متعددة المعالجات غير المتجانسة من Cell" (PDF) . Hot Chips 17. 15 أغسطس 2005. مؤرشف من الأصل (PDF) في 9 يوليو 2008. تم الاسترجاع في 1 يناير 2006 .
  42. ^ "خليفة الخلية مع وضع التوربو - PowerXCell 8i". PPCNux. نوفمبر 2007. مؤرشف من الأصل في 10 يناير 2009. تم الاسترجاع في 10 يونيو 2008 .
  43. ^ "دعم OpenMP على الخلية" (PDF) . IBM T. J Watson Research . مؤرشف من الأصل (PDF) في 8 يناير 2019.
  44. ^ "لقاء الخبراء: ديفيد كرولاك حول ناقل EIB لمحرك النطاق العريض الخلوي". IBM. 6 ديسمبر 2005. تم الاسترجاع في 18 مارس 2007 .
  45. ^ "شبكة الاتصالات متعددة المعالجات الخلوية: مصممة للسرعة" (PDF) . IEEE. مؤرشف من الأصل (PDF) في 7 يناير 2007 . تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  46. ^ "بطاقة تحويل MPEG-2/H.264 من Leadtek PxVC1100". 12 نوفمبر 2009.
  47. ^ "IBM تضاعف جهودها في تطوير Cell Blade" (بيان صحفي). أرمونك، نيويورك: IBM . 29 أغسطس 2007. تم الاسترجاع في 19 يوليو 2017 .
  48. ^ "IBM تقدم الحوسبة عالية الأداء خارج المختبر" (بيان صحفي). أرمونك، نيويورك: IBM . 13 مايو 2008. تم الاسترجاع في 19 يوليو 2017 .
  49. ^ مورجان، تيموثي بريكيت (28 يونيو 2011). "آي بي إم تطفئ آخر خادم شفرة من نوع Cell". ذا ريجيستر . تم الاسترجاع في 19 يوليو 2017 .
  50. ^ "بيان صحفي لشركة Fixstars". مؤرشف من الأصل في 5 يناير 2009. تم الاسترجاع في 18 أغسطس 2008 .
  51. ^ "بطاقة معالجة مساعدة تعتمد على الخلايا تعمل بنظام Linux". مؤرشف من الأصل في 2 مايو 2009.
  52. ^ "Toshiba Demonstrates Cell Microprocessor Simultaneously Decoding 48 MPEG-2 Streams". Tech-On!. 25 أبريل 2005.
  53. ^ "الفائز: وحش الوسائط المتعددة". IEEE Spectrum . 1 يناير 2006. مؤرشف من الأصل في 18 يناير 2006. تم الاسترجاع في 22 يناير 2006 .
  54. ^ "ما وراء الخلية الواحدة" (PDF) . مختبر لوس ألاموس الوطني. مؤرشف من الأصل (PDF) في 8 يوليو 2009. تم الاسترجاع في 6 أبريل 2017 .
  55. ^ ويليامز، صموئيل؛ شالف، جون؛ أوليكر، ليونيد؛ هاسباندز، باري؛ كاميل، شويب؛ ييليك، كاثرين (2005). "إمكانات معالج الخلية للحوسبة العلمية". ACM Computing Frontiers . تم الاسترجاع في 6 أبريل 2017 .
  56. ^ "SCOP3: دليل تقريبي للحوسبة العلمية على بلاي ستيشن 3" (PDF) . قسم علوم الكمبيوتر، جامعة تينيسي. مؤرشف من الأصل (PDF) في 15 أكتوبر 2008. تم الاسترجاع في 8 مايو 2007 .
  57. ^ غاردينر، برايان (17 أكتوبر 2007). "عالم فيزياء فلكية يستبدل حاسوبًا عملاقًا بثمانية أجهزة بلاي ستيشن 3". Wired . تم الاسترجاع في 17 أكتوبر 2007 .
  58. ^ "PS3 Gravity Grid". جاراف خانا، أستاذ مشارك، كلية الهندسة، جامعة ماساتشوستس دارتموث.
  59. ^ "مجموعة PS3 تنتج حاسوبًا خارقًا محلي الصنع وبتكلفة أقل". 24 أكتوبر 2007.
  60. ^ هايفيلد، روجر (17 فبراير 2008). "لماذا يحب العلماء أجهزة الألعاب". ديلي تلغراف . لندن. مؤرشف من الأصل في 6 سبتمبر 2009.
  61. ^ بيكهام، مات (23 ديسمبر 2008). "لا شيء يفلت من جاذبية بلاي ستيشن 3، ولا حتى الثقب الأسود". واشنطن بوست .
  62. ^ مالك، طارق (28 يناير 2009). "أجهزة بلاي ستيشن 3 تعالج اهتزازات الثقب الأسود". Space.com .
  63. ^ ليدن، جاكي (21 فبراير 2009). "بلاي ستيشن 3: حاسوب خارق بسعر مخفض؟". NPR .
  64. ^ واليتش، بول (1 أبريل 2009). "الحاسوب العملاق يصبح شخصيًا". مجلة IEEE Spectrum .
  65. ^ "الكمبيوتر العملاق الذي يعمل بنظام بلاي ستيشن". بي بي سي نيوز . 4 سبتمبر 2010.
  66. ^ فاريل، جون (12 نوفمبر 2010). "الثقوب السوداء والحلقات الكمومية: أكثر من مجرد لعبة". فوربس .
  67. ^ "PS3GRID.net".
  68. ^ "وزارة الدفاع تناقش حاسوب سوني بلاي ستيشن العملاق الجديد". 30 نوفمبر 2010.
  69. ^ "مجموعة بلاي ستيشن 3 توفر الحوسبة الفائقة منخفضة التكلفة للجامعات". مؤرشف من الأصل في 14 مايو 2013.
  70. ^ "أجهزة الكمبيوتر المركزية من IBM تتحول إلى ثلاثية الأبعاد". eWeek . 26 أبريل 2007. تم الاسترجاع في 18 مايو 2007 .
  71. ^ "PlayStation speeds password probe". BBC News . 30 نوفمبر 2007. تم الاسترجاع في 17 يناير 2011 .
  72. ^ "CELL: منصة جديدة للترفيه الرقمي". Sony Computer Entertainment Inc. 9 مارس 2005. مؤرشف من الأصل في 28 أكتوبر 2005.
  73. ^ Bergmann, Arnd (21 يونيو 2005). "ppc64: تقديم منصة Cell/BPA، الإصدار 3" . تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  74. ^ "نموذج برمجة معالج الخلية". LinuxTag 2005. مؤرشف من الأصل في 18 نوفمبر 2005. تم الاسترجاع في 11 يونيو 2005 .
  75. ^ Shankland, Stephen (21 مارس 2006). "Linux gets built-in Cell processing support". CNET . تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  76. ^ "Terra Soft to Provide Linux for PLAYSTATION3". مؤرشف من الأصل في 30 مارس 2009.
  77. ^ Terra Soft - Linux for Cell, PlayStation PS3, QS20, QS21, QS22, IBM System p, Mercury Cell, and Apple PowerPC Archived February 23, 2007, at the Wayback Machine
  78. ^ "Y-Bio". 31 أغسطس 2007. مؤرشف من الأصل في 2 سبتمبر 2007.
  79. ^ "أرند بيرجمان يتحدث عن الخلية". IBM developerWorks. 25 يونيو 2005.
  80. ^ "Linux on Cell BE-based Systems". مركز برشلونة للحوسبة الفائقة. مؤرشف من الأصل في 8 مارس 2007. تم الاسترجاع في 22 مارس 2007 .
  81. ^ "شركة Mercury Computer Systems تصدر مجموعة تطوير برامج لجهاز PLAYSTATION(R)3 للحوسبة عالية الأداء" (بيان صحفي). Mercury Computer Systems . 3 أغسطس 2007. مؤرشف من الأصل في 18 أغسطس 2007.
  82. ^ ""CVCell"" - وحدة طورتها شركة Fixstars تعمل على تسريع مكتبة OpenCV لمعالج Cell/BE". Fixstars Corporation. 28 نوفمبر 2007. مؤرشف من الأصل في 17 يوليو 2010. تم الاسترجاع في 12 ديسمبر 2008 .
  83. ^ "IBM تصدر برامج تشغيل OpenCL لـ POWER6 وCell/BE" مجموعة Khronos . 2 سبتمبر 2023.
  • مركز موارد محرك النطاق العريض الخلوي
  • صفحة موارد الهاتف المحمول لشركة Sony Computer Entertainment Incorporated
  • مجموعة تطوير المعالجات المتعددة القابلة للتكوين من Cmpware لـ Cell BE
  • ISSCC 2005: المعالج الدقيق CELL، نظرة عامة شاملة على بنية CELL الدقيقة
  • يا إلهي!
  • محرك النطاق العريض الصغير الذي يمكنه
  • مقدمة عن معالج IBM/Sony/Toshiba Cell — الجزء الأول: وحدات معالجة SIMD
  • مقدمة عن معالج Cell من إنتاج IBM/Sony/Toshiba -- الجزء الثاني: بنية الخلية
  • روح الخلية: مقابلة مع الدكتور هـ. بيتر هوفستي
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=خلية_(معالج)&oldid=1248731195"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate