La nouvelle mouture de l’Intel Xeon Phi approche

Pour contrecarrer le mouvement des processeurs graphiques (GPU) dans le domaine du calcul scientifique de haute performance (HPC), Intel a lancé en 2013 ses coprocesseurs Xeon Phi. L’idée principale est de fournir un grand nombre de cœurs (une soixantaine pour la première génération), atout principal des GPU (les modèles actuels montent à plusieurs milliers de cœurs). La première génération de Xeon Phi est notamment utilisée dans le supercalculateur chinois Tianhe-2, le plus puissant au monde depuis sa construction en 2013, selon le classement Top500.

Cependant, comme pour les GPU, ces cœurs sont très différents de ceux des processeurs plus traditionnels (comme les gammes Core i3-7 d’Intel, par exemple) : ils sont nettement moins véloces, avec des fréquences de l’ordre du gigahertz — le parallélisme de ces coprocesseurs est leur principale caractéristique. Néanmoins, contrairement aux GPU, ils peuvent se programmer d’une manière très similaire aux processeurs classiques.

La deuxième génération est sur le point d’arriver, elle devrait être commercialisée cette année. Connue sous le nom de code Knights Landing, cette nouvelle mouture tient du superlatif pour ses caractéristiques : pas moins de septante-deux cœurs, chacun hébergeant deux unités de traitement vectoriel AVX-512 (qui travaillent sur des registres de cinq cent douze bits) ; individuellement, ces cœurs devraient être trois fois plus rapides que précédemment. La puce elle-même est gravée avec un processus à quatorze nanomètres, ce qui se fait de mieux pour le moment, avec notamment de grands gains en termes de puissance consommée (et de chaleur dissipée).

L’architecture prévoit aussi des bus DDR4 pour la mémoire principale, mais surtout seize gigaoctets de mémoire intégrée sur la puce elle-même (avec une bande-passante jusqu’à cinq fois supérieure à celle de la DDR4, quinze fois par rapport à la DDR3, encore majoritaire dans les ordinateurs actuels). Cette mémoire sera à peu près aussi rapide que les caches L3 des processeurs actuels (bien qu’ils soient limités à quelques mégaoctets !), avec une bande passante de cinq cents gigaoctets par seconde.

Cette super-mémoire cache utilisera l’interface HMC (hybrid memory cube), concurrente de HBM (high bandwidth memory) en cours de déploiement sur les processeurs graphiques (les cartes Fury remettent AMD à l’avant-plan en termes de performance). In fine, un tel processeur pourra proposer une puissance de calcul de l’ordre de trois téraflops, c’est-à-dire trois mille milliards d’opérations en virgule flottante par seconde.

Une autre nouveauté par rapport à la génération précédente est que ces coprocesseurs pourront servir de processeurs principaux et faire fonctionner le système d’exploitation de la machine. L’intérêt majeur est de se débarrasser d’une connexion par bus PCI-Express, qui limitait la performance de son prédécesseur (une constatation partagée par le concurrent NVIDIA, qui s’apprête à proposer sa technologie NVLink).

Au niveau de la communication, Intel s’apprête également à communiquer plus d’informations sur son Omni Path, une interface d’interconnexion entre nœuds dans un supercalculateur. Intel s’apprête ainsi à marcher sur les platebandes de géants comme InfiniBand, avec une technologie présentée comme supérieure. Notamment, les latences de communication devraient être de l’ordre de cent nanosecondes, quand InfiniBand monte à presque deux microsecondes, Ethernet à dix à cent microsecondes.

Chaque processeur Xeon Phi Knights Landing aura deux ports Omni Path. L’objectif semble être l’intégration verticale dans les supercalculateurs, Intel ayant annoncé un partenariat avec HP pour la construction de serveurs autour des technologies HPC d’Intel, rassemblées sous le nom de SSF (scalable system framework), dans le contexte de la gamme Apollo de HP.

Sources et crédit images : Intel’s Xeon Phi 14nm ‘Knights Landing’ Co-Processors Detailed – OmniPath Architecture 100 Series and 16GB HMC on a 2.5D Interposer et Quick Note: Intel “Knights Landing” Xeon Phi & Omni-Path 100 @ ISC 2015.

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