Der weltweit erste 1.000-Prozessor-Chip

Durch die Aufteilung von Programmen auf eine große Anzahl von Prozessorkernen kann der an der UC Davis entwickelte KiloCore-Chip mit hohen Taktraten bei hoher Energieeffizienz laufen. Bildnachweis: Andy Fell/UC Davis

Ein Team der University of California, Davis, Department of Electrical and Computer Engineering, hat einen Mikrochip mit 1.000 unabhängigen programmierbaren Prozessoren entwickelt. Der energieeffiziente „KiloCore“-Chip hat eine maximale Rechenrate von 1,78 Billionen Instruktionen pro Sekunde und enthält 621 Millionen Transistoren. Der KiloCore wurde am 16. Juni auf dem Symposium 2016 über VLSI-Technologie und -Schaltungen in Honolulu vorgestellt.

“Nach unserem besten Wissen ist es der weltweit erste 1.000-Prozessor-Chip und der Prozessor mit der höchsten Taktrate, der jemals an einer Universität entwickelt wurde”, sagte Bevan Baas, Professor für Elektrotechnik und Computertechnik, der das Team leitete, das die die Chiparchitektur. Während andere Multiprozessor-Chips entwickelt wurden, überschreitet keiner nach einer Analyse des Baas-Teams etwa 300 Prozessoren. Die meisten wurden zu Forschungszwecken erstellt und nur wenige werden kommerziell verkauft. Der KiloCore-Chip wurde von IBM mit der 32-nm-CMOS-Technologie hergestellt.

Jeder Prozessorkern kann unabhängig von den anderen sein eigenes kleines Programm ausführen, was einen wesentlich flexibleren Ansatz darstellt als sogenannte Single-Instruction-Multiple-Data-Ansätze, die von Prozessoren wie GPUs verwendet werden; Die Idee ist, eine Anwendung in viele kleine Teile aufzuteilen, von denen jeder parallel auf verschiedenen Prozessoren laufen kann, um einen hohen Durchsatz bei geringerem Energieverbrauch zu ermöglichen, sagte Baas.

Da jeder Prozessor unabhängig getaktet ist, kann er sich selbst herunterfahren, um Energie zu sparen, wenn er nicht benötigt wird, sagte der Doktorand Brent Bohnenstiehl, der die Hauptarchitektur entwickelt hat. Die Kerne arbeiten mit einer durchschnittlichen maximalen Taktfrequenz von 1,78 GHz und übertragen Daten direkt untereinander, anstatt einen gepoolten Speicherbereich zu verwenden, der zu einem Datenengpass werden kann.

Der Chip sei der energieeffizienteste “Vielkerner”-Prozessor, der jemals gemeldet wurde, sagte Baas. Zum Beispiel können die 1.000 Prozessoren 115 Milliarden Befehle pro Sekunde ausführen, während sie nur 0,7 Watt verbrauchen, was niedrig genug ist, um von einer einzigen AA-Batterie mit Strom versorgt zu werden. Der KiloCore-Chip führt Befehle mehr als 100-mal effizienter aus als ein moderner Laptop-Prozessor.

Zu den bereits entwickelten Anwendungen für den Chip gehören drahtlose Codierung/Decodierung, Videoverarbeitung, Verschlüsselung und andere, die große Mengen paralleler Daten beinhalten, wie beispielsweise wissenschaftliche Datenanwendungen und die Verarbeitung von Datencenter-Datensätzen.

Das Team hat einen Compiler und automatische Programmzuordnungstools zur Verwendung bei der Programmierung des Chips fertiggestellt.


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