Данные берутся из публикации Репортаж с IDF 2016: новый Intel Core, накопители Optane, виртуальная реальность и многое другое

На прошедшей с 15 по 20 ноября конференции SC15, посвящённой проблемам и новинкам в области супервычислений довольно любопытные сведения поступили от двух производителей аппаратного обеспечения, которое активно используется в суперкомпьютерах, кластерных системах и других крупномасштабных IT-решения. Речь, разумеется, идёт об Intel и NVIDIA. Уже давно известно, что Intel готовит к выпуску новое поколение вычислительных ускорителей Xeon Phi под кодовым названием Knight’s Landing (для краткости KNL). На SC15 представитель компании продемонстрировал кремниевую пластину с этими чипами.

Новое поколение Xeon Phi уже получено в кремнии

Согласно имеющимся данным, площадь кристалла Knight’s Landing будет весьма солидной — порядка 683 квадратных миллиметров, что особенно внушительно выглядит на фоне используемого 14-нанометрового техпроцесса. Это заметно больше, нежели у самого сложного на сегодняшний день графического процессора, NVIDIA GM200, площадь которого составляет около 600 квадратных миллиметров.

Knight's Landing: основные данные об архитектуре и характеристиках

Новинка будет выпускаться в двух вариантах: как в виде плат расширения с интерфейсом PCI Express, так и в конструктиве «под процессорный разъём». Предыдущая версия Xeon Phi имела на борту собственную операционную систему, в случае Knight’s Landing это необязательно — он сможет работать, как обычный процессор. В его распоряжении будут находиться 36 линий PCI Express, к которым может быть подключена пара плат сопроцессоров Knight’s Corner.

Кристалл впечатляет размерами, несмотря на 14-нанометровый техпроцесс

Основной Knight’s Landing станут ядра x86, базирующиеся на архитектуре Silvermont. Интересно, что этот продукт станет одним из первых массовых решений, предназначенных для сектора HPC, оснащённых многослойной памятью, подобно AMD Fiji, но последний всё-таки является графическим процессором, а не вычислительным ускорителем, и, соответственно, в счёт не идёт. Да и тип памяти будет другим — HMC, а не HBM.

Knight's Landing в двух различных вариантах

Но набортной многослойной памяти не может быть слишком много, так что Knight’s Landing будут оснащены дополнительными интерфейсами DDR4 с частотой 2 400 МГц. Память HMC не будет располагаться непосредственно на основном кристалле, а расположится рядом, будучи соединённой с ним посредством высокоскоростных параллельных 2,5D-соединений, разработанных альянсом Intel-Micron. По сути, это будет своеобразный кеш третьего уровня, но невиданного ранее объёма — 16 Гбайт.

Выступ с разъёмом справа, вероятно, является интерфейсом Omni-Path

Как уже упоминалось, KNL будет выпущен в двух вариантах — обычного хост-процессора, способного к загрузке ОС и сопроцессора в форм-факторе платы расширения PCIe. Шестиканальный контроллер DDR4 сможет адресовать до 384 Гбайт памяти, обеспечивая пропускную способность 90 Гбайт/с. Планируемая плотность размещения такова: три и более процессоров KNL в корпусе формата 1U. Новая платформа будет состоять из более чем 8 миллиардов транзисторов и получит до 72 ядер, каждое из которых будет иметь два векторных блока и способно исполнять четыре потока, что в сумме даёт 288 параллельно исполняемых потоков на один KNL.

Почти знакомый форм-фактор

Пиковая производительность Knight’s Landing в режиме двойной точности (FP64) составит свыше 3 терафлопс, а на вычислениях одинарной точности (FP32) превысит отметку 6 терафлопс. Производительность в пересчёте на один поток в три раза превысит аналогичный показатель Knight’s Corner. Общая пропускная способность подсистемы памяти достигнет 400 Гбайт/с. Относительно сроков появления новинки в коммерческих масштабах пока известно лишь то, что первые KNL будут доступны уже в конце этого года, а в более-менее существенных количествах новые процессоры появятся на рынке в первом квартале 2016 года. Наследником платформы Knight’s Landing станет платформа Knight’s Hill, которая будет базироваться на 10-нанометровом техпроцессе и использовать второе поколение межпроцессорного интерфейса Omni-Path, в то время, как в KNL реализован Omni-Path первого поколения.

Корпорация Intel показала первые в мире 300-мм подложки, обработанные по технологии 10 нм, в сентябре прошлого года. Несмотря на то, что разработка 10-нм технологического процесса фактически завершена, Intel в последние месяцы вела себя особенно скрытно во всём, что касается планов по выпуску микросхем в рамках данной технологии. Тем не менее компания планирует приоткрыть завесу тайны позже в этом году.

«Разработка 10-нм техпроцесса прогрессирует очень хорошо, — сказала Рене Джеймс (Renee James), президент Intel на ежегодной встрече с акционерами компании. — Во втором полугодии вы увидите увеличение расходов, связанных с подготовкой к производству 10-нм продукции. Мы расскажем о времени выхода 10-нм процессоров на рынок в конце этого – начале следующего года».

300-мм кремниевая подложка с интегральными схемами Intel

Intel пока не раскрыла каких-либо данных о своём 10-нм технологическом процессе. Единственное, что достоверно известно о 10-нм технологии изготовления микросхем Intel, это ключевые цели компании: увеличить плотность транзисторов и уменьшить стоимость каждого транзистора. Довольно очевидно, что в планах Intel – продолжение уменьшения размеров транзисторов, межблочных соединений и других составляющих микросхем, что увеличивает производительность, снижает энергопотребление и уменьшает себестоимость транзисторов. К сожалению, делать достоверные предположения о степени готовности 10-нм технологического процесса Intel на сегодняшний день невозможно, поскольку последние неофициальные сообщения противоречат друг другу.

Планомерное снижение стоимости транзисторов

В апреле появилась информация о том, что Intel отложила покупку оборудования, необходимого для начала массового производства 10-нм микросхем, в производственном комплексе fab 28 в Кирьят-Гат (Израиль) с марта на декабрь. Покупка оборудования является частью плана модернизации фабрики, стоимость которой оценена в $6 млрд. Промедление может потенциально задержать массовое производство чипов с использованием 10-нм техпроцесса на fab 28, которая должна стать первой фабрикой компании, массово выпускающей микросхемы по нормам 10 нм.

В мае был опубликован слайд, предположительно из документа Intel для партнёров, согласно которому компания предполагает начать коммерческие поставки процессоров Cannonlake для мобильных устройств в середине 2016 года. Производственный цикл процессоров с FinFET-транзисторами составляет около трёх месяцев, что означает, что производство должно начаться в начале 2016.

Предположительный перспективный план Intel

В настоящее время Intel заканчивает создание пилотной линии для изготовления микросхем по нормам 10 нм в производственном комплексе D1X в Хиллсборо, штат Орегон. Линия будет введена в эксплуатацию в ближайшее время и позволит компании получить максимально возможную информацию об особенностях массового производства своих 10-нм процессоров (таких как Cannonlake, Knights Landing и других). После того как Intel изучит все необходимые данные, отладит оборудование, приведёт эксплуатационные характеристики микросхем к требуемым значениям и достигнет целевого уровня выхода годных кристаллов, компания начнёт переносить 10-нм технологию на другие фабрики (в случае с 10 нм – на fab 28), запустив процесс, известный как Copy Exactly!.

Методология точного копирования конфигурации производственной линии была представлена Intel в конце 1980-х годов. Copy Exactly! требует полного соответствия конфигурации и настроек оборудования; одинакового состава химических растворов, применяемых в производстве; а также множества других вещей. Одна из целей Copy Exactly! – унификация качества, надёжности, производительности и уровня выхода годных продуктов Intel во всех производственных комплексах компании по всему миру. Другая – возможность изменять параметры производства одновременно на всех фабриках, синхронно улучшая какие-либо из них. Запуск процесса Copy Exactly! является важнейшей вехой на пути к массовому производству микросхем.

В случае если производственный комплекс fab 28 получит новое оборудование только в декабре 2015 года, то его установка и настройка (по технологии CE!) займут время (обычно — несколько месяцев). Как следствие, вряд ли Intel сможет начать массовое производство микросхем Cannonlake в начале 2016 года на fab 28. Разумеется, компания сможет продавать микросхемы, произведённые на фабрике D1X, однако их объёмы будут весьма невелики.

Микросхема Intel

Очень вероятно, что Intel раскроет первые подробности о своей технологии 10 нм на предстоящем форуме разработчиков — Intel Developer Forum — в середине августа. Что касается примерных сроков выхода 10-нм решений на рынок, то данная информация будет обнародована позднее. Впрочем, сам факт того, что Intel поднимает тему введения новых технологических норм в эксплуатацию, свидетельствует об уверенности компании в своём 10-нм техпроцессе.

В рамках ежегодной конференции Supercomputing Conference (SC’14), которая традиционно проходит в Новом Орлеане во второй половине ноября, компания Intel официально рассказала о своём процессоре Intel Xeon Phi следующего поколения. Кроме того, компания предоставила информацию о производительности архитектуры Omni-Path, которая представляет собой высокоскоростную технологию межсоединений, нацеленную на HPC-приложения.

Intel

Новый Xeon Phi, известный под кодовым именем Knights Hill, принадлежит к третьему поколению продуктов этой линейки. Устройство будет выпущено с использованием передового 10-нм техпроцесса и интегрирует в себя Intel Omni-Path Fabric. Предшественником Knights Hill станет решение Knights Landing, которое, как ожидается, будет отгружаться на рынок в следующем году.

Intel

Intel отметила рост инвестиций своих отраслевых партнёров в чипы Xeon Phi. Более пятидесяти компаний представят свои решения на базе Knights Landing, но ещё больше систем будут использовать версию в виде PCI Express в качестве сопроцессора. Knights Landing будет использоваться в суперкомпьютерах Trinity, Cori.

Intel

Также производитель отметил, что архитектура Omni-Path обеспечит линейную скорость передачи данных 100 Гбит/с и на 56 % снижение задержки коммутации в кластерах среднего и крупного масштаба по сравнению с альтернативными InfiniBand-решениями. Intel Omni-Path будет включать 48-портовый коммутационный чип (в современных InfiniBand-решениях используются 36-портовые чипы). Это позволит уменьшить сложность системы и инфраструктурные затраты (плотность портов увеличится в 1,3 раза, уменьшение количества коммутаторов на 50 %, увеличение масштабирования в 2,3 раза в двухуровневых конфигурациях).

Также Intel не забыла упомянуть о своём вкладе в суперкомпьютерную отрасль. В новой редакции списка TOP500 86 % систем используют решения Intel. В совокупной производительности 17-процентный вклад обеспечивают именно машины с сопроцессорами Xeon Phi.