Ксеон Пхи - Xeon Phi

Не путать с ATI Xenos или Xenon .

Ксеон Пхи
Intel Xeon Phi 5100.jpg
Общая информация
Запущен 2010 г.
Снято с производства 2020 г.
Представление
Максимум. Тактовая частота процессора От 1,053 ГГц до 1,7 ГГц
Кэш
Кэш L1 32  КБ на ядро
Кэш L2 512  КБ на ядро
Архитектура и классификация
Архитектура x86-64
Расширения
Физические характеристики
Транзисторы
Ядра
Розетки)
Продукты, модели, варианты
Торговые марки)

Xeon Phi - это серия многоядерных процессоров x86 , разработанных и изготовленных Intel . Он предназначен для использования в суперкомпьютерах, серверах и высокопроизводительных рабочих станциях. Его архитектура позволяет использовать стандартные языки программирования и интерфейсы прикладного программирования (API), такие как OpenMP .

Поскольку изначально он был основан на более ранней конструкции графического процессора ( под кодовым названием Larrabee ) от Intel, которая была отменена в 2009 году, он разделяет области приложений с графическими процессорами. Основное различие между Xeon Phi и GPGPU, таким как Nvidia Tesla, заключается в том, что Xeon Phi с x86-совместимым ядром может с меньшими изменениями запускать программное обеспечение, которое изначально предназначалось для стандартного процессора x86. Он был снят с производства из-за отсутствия спроса и проблем Intel с его 10-нм узлом.

Первоначально в виде дополнительных карт на базе PCIe в июне 2013 года был анонсирован продукт второго поколения под кодовым названием Knights Landing . Эти чипы второго поколения можно было использовать как автономный процессор, а не просто как надстройку. карта.

В суперкомпьютере Tianhe-2 используются процессоры Xeon Phi.

В июне 2013 года суперкомпьютер Tianhe-2 в Национальном суперкомпьютерном центре в Гуанчжоу (NSCC-GZ) был объявлен самым быстрым суперкомпьютером в мире (по состоянию на июнь 2018 года он занимает 4-е место). Он использовал сопроцессоры Intel Xeon Phi и процессоры Ivy Bridge -EP Xeon для достижения 33,86 петафлопс.

Линейка продуктов Xeon Phi напрямую конкурировал с Nvidia «s Tesla и AMD Radeon Instinct линий глубокого изучения и GPGPU карт.

История

Кодовое название Технология Комментарии
Рыцари Ферри 45 нм предлагается как карта PCIe; получено из проекта Larrabee
Уголок Рыцарей 22 морских миль полученный из P54C; блок векторной обработки; первое устройство, которое будет объявлено как Xeon Phi
Приземление рыцарей 14 морских миль получено из Silvermont / Airmont (Intel Atom); AVX-512
Рыцарская мельница 14 морских миль почти идентичен Knights Landing, но оптимизирован для глубокого обучения
Knights Hill 10 нм отменен

Фон

Микроархитектуры Лараби (в разработке с 2006 года) представил очень широкий (512 бит) SIMD устройства к х86 конструкции на основе архитектуры процессора, продолжается до кэша-когерентного мультипроцессорной системы , подключенной через кольцевую шину к памяти; каждое ядро ​​было способно к четырехсторонней многопоточности. Из-за того, что дизайн предназначен для использования с графическим процессором, а также для вычислений общего назначения, чипы Larrabee также включают специализированное оборудование для выборки текстур. Проект по производству продукта для розничной продажи GPU непосредственно из исследовательского проекта Larrabee был прекращен в мае 2010 года.

Другим современным исследовательским проектом Intel, реализующим архитектуру x86 на многоядерном процессоре, был « Однокристальный облачный компьютер » (прототип представлен в 2009 г.), конструкция, имитирующая вычислительный центр обработки данных для облачных вычислений на одном кристалле с несколькими независимыми ядрами: дизайн прототипа включал 48 ядер на чип с аппаратной поддержкой выборочного управления частотой и напряжением ядер для максимального повышения энергоэффективности, а также встроенная ячеистая сеть для обмена сообщениями между чипами. В дизайне не хватало ядер, связанных с кешем, и он был сосредоточен на принципах, которые позволили бы масштабировать дизайн до гораздо большего числа ядер.

Терафлопс исследования Чип (прототип открыт в 2007 году) представляет собой экспериментальный 80-ядерный чип с двумя с плавающей точкой единиц на ядро, реализующих 96-битный VLIW архитектуру вместо архитектуры x86. В рамках проекта были исследованы методы межядерной связи, управление питанием на кристалле, и был достигнут результат 1,01  терафлопс на частоте 3,16 ГГц при потреблении 62 Вт энергии.

Рыцари Ферри

Прототип платы Intel Many Integrated Core (MIC) под названием Knights Ferry , включающий процессор под кодовым названием Aubrey Isle, был анонсирован 31 мая 2010 года. Было заявлено, что продукт является производным от проекта Larrabee и других исследований Intel, включая одночиповый облачный компьютер .

Продукт для разработки предлагался в виде карты PCIe с 32 упорядоченными ядрами с частотой до 1,2 ГГц с четырьмя потоками на ядро, 2 ГБ памяти GDDR5 и 8 МБ когерентной кэш-памяти L2 (256 КБ на ядро ​​с 32 КБ кеш-памяти L1), а также потребляемая мощность ~ 300 Вт, построена по 45 нм техпроцессу. В ядре Aubrey Isle 1024-битная кольцевая шина (512-битная двунаправленная) соединяет процессоры с основной памятью. Одноплатная производительность превысила 750 GFLOPS. Платы-прототипы поддерживают только команды с плавающей запятой одинарной точности .

Первоначальными разработчиками были CERN , Корейский институт науки и технической информации (KISTI) и суперкомпьютерный центр Leibniz . В число поставщиков оборудования для прототипов плат входили IBM, SGI, HP, Dell и другие.

Уголок Рыцарей

Линия продуктов Knights Corner производится с размером процесса 22 нм с использованием технологии Intel Tri-gate с более чем 50 ядрами на чип и является первым многоядерным коммерческим продуктом Intel.

В июне 2011 года SGI объявила о партнерстве с Intel для использования архитектуры MIC в своих высокопроизводительных вычислительных продуктах. В сентябре 2011 года было объявлено, что Техасский центр передовых вычислений (TACC) будет использовать карты Knights Corner в своем суперкомпьютере Stampede на 10 петафлопс, обеспечивающем вычислительную мощность 8 петафлопс. Согласно «Stampede: комплексная петафлопсная вычислительная среда», «MIC второго поколения Intel (Knights Landing) будут добавлены, когда они станут доступны, увеличивая совокупную пиковую производительность Stampede как минимум до 15 петафлопс».

15 ноября 2011 года Intel представила первую кремниевую версию процессора Knights Corner.

5 июня 2012 года Intel выпустила программное обеспечение с открытым исходным кодом и документацию по Knights Corner.

18 июня 2012 года Intel объявила на Гамбургской международной конференции по суперкомпьютерам 2012 года, что Xeon Phi будет торговой маркой, используемой для всех продуктов, основанных на их архитектуре с множеством интегрированных ядер. В июне 2012 года Cray объявила, что предложит 22-нм чипы Knight's Corner (под торговой маркой Xeon Phi) в качестве сопроцессора в своих системах Cascade.

В июне 2012 года ScaleMP объявила об обновлении виртуализации, позволяющем Xeon Phi использовать в качестве прозрачного расширения процессора, позволяя запускать устаревший код MMX / SSE без изменений кода. Важным компонентом ядра сопроцессора Intel Xeon Phi является его векторный процессор (VPU). VPU имеет новый 512-битный набор инструкций SIMD, официально известный как Intel Initial Many Core Instructions (Intel IMCI). Таким образом, VPU может выполнять 16 операций с одинарной точностью (SP) или 8 операций с двойной точностью (DP) за цикл. VPU также поддерживает инструкции Fused Multiply-Add (FMA) и, следовательно, может выполнять 32 SP или 16 DP операций с плавающей запятой за цикл. Он также поддерживает целые числа. VPU также имеет расширенный математический модуль (EMU), который может выполнять такие операции, как обратное вычисление, извлечение квадратного корня и логарифм, что позволяет выполнять эти операции в векторном режиме с высокой пропускной способностью. EMU работает, вычисляя полиномиальные приближения этих функций.

12 ноября 2012 года Intel анонсировала два семейства сопроцессоров Xeon Phi с размером процесса 22 нм: Xeon Phi 3100 и Xeon Phi 5110P. Xeon Phi 3100 будет способен выполнять более 1 терафлопс инструкций с плавающей запятой двойной точности с пропускной способностью памяти 240 ГБ / с при мощности 300 Вт. Xeon Phi 5110P будет способен выполнять 1,01 терафлопс инструкций с плавающей запятой двойной точности с Пропускная способность памяти 320 ГБ / с при мощности 225 Вт. Xeon Phi 7120P будет способен выполнять 1,2 терафлопс инструкций с плавающей запятой двойной точности с пропускной способностью памяти 352 ГБ / с при 300 Вт.

17 июня 2013 года суперкомпьютер Tianhe-2 был объявлен TOP500 самым быстрым в мире. Tianhe-2 использовал процессоры Intel Ivy Bridge Xeon и Xeon Phi для достижения 33,86 петафлопс. Он был самым быстрым в списке за два с половиной года, последний раз в ноябре 2015 года.

Дизайн и программирование

Ядра Knights Corner основаны на модифицированной версии дизайна P54C , использовавшейся в оригинальном Pentium. В основе архитектуры Intel MIC лежит использование наследия x86 путем создания x86-совместимой многопроцессорной архитектуры, которая может использовать существующие программные инструменты распараллеливания. Инструменты программирования включают OpenMP , OpenCL , Cilk / Cilk Plus и специализированные версии Intel Fortran, C ++ и математические библиотеки.

Элементы дизайна, унаследованные от проекта Larrabee, включают x86 ISA, 4- сторонний SMT на ядро, 512-битные блоки SIMD, 32 КБ кеш-памяти L1, 32 КБ кеш-памяти L1, согласованный кэш L2 (512 КБ на ядро) и сверхширокий кольцевая шина, соединяющая процессоры и память.

512-битные инструкции SIMD Knights Corner разделяют многие внутренние функции с расширением AVX-512. Документация по набору команд доступна в Intel под названием расширения KNC.

Модели Xeon Phi
X100 Series
Имя Серийный номер Ядра
( потоки @ 4 ядра)
 Часы (МГц)
Кэш L2		 Память GDDR5 ECC Пиковое
вычисление DP
(GFLOPS) 		Расчетная мощность
(Вт) 		Охлаждающая
система 		Фактор формы Выпущенный
База Турбо Количество каналы BW
ГБ / с
Xeon Phi 3110X SE3110X 061 (244) 1053 - 30,5 МБ 06 ГБ 12 240 1028 300 Голая доска Карта PCIe 2.0 x16 Ноябрь 2012 г.
08 ГБ 16 320
Xeon Phi 3120A SC3120A 057 (228) 1100 - 28,5 МБ 06 ГБ 12 240 1003 300 Вентилятор / радиатор 17 июня 2013 г.
Xeon Phi 3120P SC3120P 057 (228) 1100 - 28,5 МБ 06 ГБ 12 240 1003 300 Пассивный радиатор 17 июня 2013 г.
Xeon Phi 31S1P BC31S1P 057 (228) 1100 - 28,5 МБ 08 ГБ 16 320 1003 270 Пассивный радиатор 17 июня 2013 г.
Xeon Phi 5110P SC5110P 060 (240) 1053 - 30,0 МБ 08 ГБ 16 320 1011 225 Пассивный радиатор 12 ноя 2012
Xeon Phi 5120D SC5120D 060 (240) 1053 - 30,0 МБ 08 ГБ 16 352 1011 245 Голая доска 230-контактная карта SFF 17 июня 2013 г.
BC5120D
Xeon Phi SE10P SE10P 061 (244) 1100 - 30,5 МБ 08 ГБ 16 352 1074 300 Пассивный радиатор Карта PCIe 2.0 x16 12 ноября 2012 г.
Xeon Phi SE10X SE10X 061 (244) 1100 - 30,5 МБ 08 ГБ 16 352 1074 300 Голая доска 12 ноября 2012 г.
Xeon Phi 7110P SC7110P 061 (244) 1100 1250 30,5 МБ 16 гигабайт 16 352 1220 300 Пассивный радиатор ???
Xeon Phi 7110X SC7110X 061 (244) 1250 ??? 30,5 МБ 16 гигабайт 16 352 1220 300 Голая доска ???
Xeon Phi 7120A SC7120A 061 (244) 1238 1333 30,5 МБ 16 гигабайт 16 352 1208 300 Вентилятор / радиатор 6 апреля 2014 г.
Xeon Phi 7120D SC7120D 061 (244) 1238 1333 30,5 МБ 16 гигабайт 16 352 1208 270 Голая доска 230-контактная карта SFF Март ??, 2014
Xeon Phi 7120P SC7120P 061 (244) 1238 1333 30,5 МБ 16 гигабайт 16 352 1208 300 Пассивный радиатор Карта PCIe 2.0 x16 17 июня 2013 г.
Xeon Phi 7120X SC7120X 061 (244) 1238 1333 30,5 МБ 16 гигабайт 16 352 1208 300 Голая доска 17 июня 2013 г.

Приземление рыцарей

Процессор Intel Xeon Phi Knights Landing
Тот же процессор, снятый с производства
Умирают выстрел

Кодовое название продукта Intel с архитектурой MIC второго поколения. Корпорация Intel официально впервые раскрыла подробности о своих продуктах Intel Xeon Phi второго поколения 17 июня 2013 года. Intel заявила, что следующее поколение продуктов на базе архитектуры Intel MIC будет доступно в двух формах: сопроцессор или хост-процессор (ЦП), и производиться с использованием техпроцесса Intel 14 нм . Продукты Knights Landing будут включать встроенную память для значительно более высокой пропускной способности памяти.

Knights Landing содержит до 72 ядер Airmont (Atom) с четырьмя потоками на каждое ядро, используя сокет LGA 3647, поддерживающий до 384 ГБ «далекой» оперативной памяти DDR4 2133 и 8–16 ГБ встроенной «ближней» 3D  MCDRAM , версии Гибридный куб памяти . Каждое ядро ​​имеет два 512-битных векторных блока и поддерживает инструкции SIMD AVX-512 , в частности, основные инструкции Intel AVX-512 (AVX-512F) с инструкциями по обнаружению конфликтов Intel AVX-512 (AVX-512CD), экспоненциальные инструкции Intel AVX-512 и Взаимные инструкции (AVX-512ER) и инструкции предварительной выборки Intel AVX-512 (AVX-512PF). Поддержка IMCI была удалена в пользу AVX-512.

Национальный энергетический научно - исследовательский вычислительный центр объявил , что 2 - го этапа своей новейшей системы суперкомпьютеров «Cori» будет использовать Knights Landing Xeon Phi сопроцессоры.

20 июня 2016 года Intel представила семейство продуктов Intel Xeon Phi x200 на основе архитектуры Knights Landing, подчеркнув ее применимость не только к традиционным рабочим нагрузкам моделирования, но и к машинному обучению . Модельный ряд, анонсированный при запуске, включал только Xeon Phi загрузочного форм-фактора, но две его версии: стандартные процессоры и процессоры со встроенной архитектурой Intel Omni-Path . Последний обозначается суффиксом F в номере модели. Ожидается, что интегрированная матрица обеспечит лучшую задержку при меньших затратах, чем дискретные высокопроизводительные сетевые карты.

14 ноября 2016 года в 48-м списке ТОП500 было 10 систем, использующих платформы Knights Landing.

PCIe на базе сопроцессора вариант Landing Найта никогда не предлагал общий рынок и был прекращен в августе 2017. Это включало 7220A, 7240P и 7220P сопроцессор карту.

Intel объявила, что прекращает выпуск Knights Landing летом 2018 года.

Модели

Все модели могут разгоняться до пиковых скоростей, добавляя 200 МГц к базовой частоте при работе всего лишь с одним или двумя ядрами. При работе от трех до максимального количества ядер микросхемы могут увеличивать частоту только на 100 МГц выше базовой. Все микросхемы запускают код высокого разрешения AVX с частотой, сниженной на 200 МГц.

Xeon Phi
7200 серии
Номер sSpec		 Ядра
(потоки) 		Часы (МГц)
Кэш L2		 Память MCDRAM Память DDR4 Пиковое
вычисление DP		 Расчетная мощность
(Вт) 		Разъем Дата выхода номер части
База Турбо Количество BW Емкость BW
Xeon Phi 7210 SR2ME (B0) 64 (256) 1300 1500 32 МБ 16 гигабайт 400+ ГБ / с 384 ГБ 102,4 ГБ / с 2662
ГФЛОПС 		215 SVLCLGA3647 20 июня 2016 г. HJ8066702859300
SR2X4 (B0)
Xeon Phi 7210F SR2X5 (B0) 230 HJ8066702975000
Xeon Phi 7230 SR2MF (B0) 215 HJ8066702859400
SR2X3 (B0)
Xeon Phi 7230F SR2X2 (B0) 230 HJ8066702269002
Xeon Phi 7250 SR2MD (B0) 68 (272) 1400 1600 34 МБ 3046
ГФЛОПС 		215 HJ8066702859200
SR2X1 (B0)
Xeon Phi 7250F SR2X0 (B0) 230 HJ8066702268900
Xeon Phi 7290 SR2WY (B0) 72 (288) 1500 1700 36 МБ 3456
ГФЛОПС 		245 HJ8066702974700
Xeon Phi 7290F SR2WZ (B0) 260 HJ8066702975200

Knights Hill

Knights Hill - это кодовое название архитектуры MIC третьего поколения, первые подробности которой Intel объявила на SC14. Он должен был быть произведен по 10-нм техпроцессу.

Предполагалось, что Knights Hill будет использоваться в суперкомпьютере Aurora Министерства энергетики США , который будет развернут в Аргоннской национальной лаборатории . Однако Aurora была отложена в пользу использования «продвинутой архитектуры» с упором на машинное обучение.

В 2017 году Intel объявила об отмене Knights Hill в пользу другой архитектуры, построенной с нуля, чтобы обеспечить возможности вычислений Exascale в будущем. Ожидается, что эта новая архитектура выйдет на 2020–2021 годы.

Рыцарская мельница

Knights Mill - это кодовое название Intel для продукта Xeon Phi, специализирующегося на глубоком обучении , первоначально выпущенного в декабре 2017 года. Практически идентичный по спецификациям Knights Landing, Knights Mill включает оптимизацию для лучшего использования инструкций AVX-512 и поддерживает четырехстороннюю гиперпоточность . Повышена производительность с плавающей запятой одинарной и переменной точности за счет производительности с плавающей запятой двойной точности.

Модели
Xeon Phi
72x5 серии 		sSpec номер Ядра
(потоки) 		Часы (МГц)
Кэш L2		 Память MCDRAM Память DDR4 Пиковое
вычисление DP		 Расчетная мощность
(Вт) 		Разъем Дата выхода Номер части
База Турбо Количество BW Емкость BW
Xeon Phi 7235 SR3VF (A0) 64 (256) 1300 1400 32 МБ 16 гигабайт 400+ ГБ / с 384 ГБ 102,4 ГБ / с TBA 250 SVLCLGA3647 4 квартал 2017 г. HJ8068303823900
Xeon Phi 7285 SR3VE (A0) 68 (272) 1300 1400 34 МБ 115,2 ГБ / с TBA 250 HJ8068303823800
Xeon Phi 7295 SR3VD (A0) 72 (288) 1500 1600 36 МБ 115,2 ГБ / с TBA 320 HJ8068303823700

Программирование

Исследователи провели эмпирическое исследование производительности и программируемости, в котором авторы утверждают, что для достижения высокой производительности с помощью Xeon Phi по-прежнему требуется помощь программистов и что простое использование компиляторов с традиционными моделями программирования все еще далеко от реальности. Однако исследования в различных областях, таких как науки о жизни и глубокое обучение, показали, что использование как потокового, так и SIMD-параллелизма Xeon Phi позволяет значительно ускорить работу.

Конкуренты

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки