Investigadores de Intel Labs han presentado un procesador experimental de 48 núcleos o un “single-chip cloud computer”, que reconsidera muchos de los mecanismos que se utilizan para los diseños actuales de ordenadores portátiles, PCs y servidores. Este chip futurista cuenta aproximadamente con entre 10 y 20 veces los motores de procesamiento que se encuentran ahora dentro de los procesadores de marca Intel® Core™ más populares.
El objetivo a largo plazo del estudio es la incorporación de unas prestaciones increíblemente mejoradas a los ordenadores futuros, entre las que se incluyen nuevas aplicaciones de software e interfaces para comunicación entre el ser humano y los dispositivos electrónicos. La compañía cuenta también con planes para fomentar la participación del sector y de las universidades el próximo año, ya que piensa compartir un mínimo de 100 de estos chips experimentales para realizar investigaciones directas, con el objetivo de desarrollar nuevas aplicaciones de software y modelos de programación.
A principio del año que viene, Intel integrará prestaciones clave en una nueva línea de chips de marca Core, además de presentar procesadores de seis y de ocho núcleos a lo largo de 2010. Este prototipo contendrá 48 núcleos de procesamiento de Intel totalmente programables, la mayor cantidad jamás incorporada en un único chip de silicio. También incluirá una red de alta velocidad en el chip, para compartir información, además de técnicas recién inventadas para gestión de energía que permitirán a los 48 núcleos funcionar con una extraordinaria eficiencia energética a tan sólo 25 vatios en modo de inactividad, ó 125 vatios cuando funcionan a máximo rendimiento (un consumo parecido al de los procesadores de Intel actuales o el consumo de dos bombillas domésticas estándar).
Intel tiene planes para mejorar el conocimiento sobre la planificación y la coordinación de los numerosos núcleos de este chip experimental para utilizarlo en sus chips de uso general. De esta manera, los ordenadores portátiles del futuro con este tipo de capacidad de procesamiento van a poder “ver” de la misma manera que los seres humanos podemos ver objetos y movimientos, justo cuando ocurren y con gran precisión.
Imagina, por ejemplo, que en el futuro puedas interactuar con un ordenador para disfrutar de unas lecciones de baile virtuales o de compras online, utilizando para ello la cámara 3D y la pantalla de un portátil futuro para mostrarle una imagen “espejo” de ti mismo poniéndose la ropa que está pensando adquirir. Asimismo, podrás darte la vuelta y observar cómo te sienta la ropa y si los colores se combinan con el tono de tu piel.
Este tipo de interacción podría eliminar la necesidad de teclados, mandos a distancia o mandos para juegos. Algunos investigadores piensan que los ordenadores incluso van a poder leer las ondas del cerebro, por lo que tan sólo deberemos pensar en un comando como, por ejemplo, dictar palabras para realizar esa tarea sin tan siquiera hablar.
Intel Labs ha llamado a este chip en prueba “single-chip cloud computer”, porque recuerda la organización de los centros de datos que se utilizan para crear una “nube” (cloud) de recursos informáticos a través de Internet, un concepto para ofrecer servicios como, por ejemplo, las transacciones bancarias online, las redes sociales y las tiendas en la Red a millones de usuarios.
Los centros de datos “nube” están formados por entre decenas y miles de ordenadores conectados por una red cableada físicamente para distribuir en paralelo grandes tareas y conjuntos de datos enormes. El nuevo chip de investigación experimental de Intel utiliza un enfoque parecido, aunque todos los ordenadores y las redes se encuentran integrados en una única pieza de silicio de Intel de puerta de metal con high-k de 45 nm y con el tamaño de un sello de correos, lo que reduce en gran medida la cantidad de ordenadores físicos necesarios para crear un centro de datos “nube”.
“Con un chip así, podemos imaginarnos un centro de datos “nube” del futuro que ahorra una cantidad mucho mayor de energía en comparación con los que existen en estos momentos, además de ahorrar una gran cantidad de recursos en forma de espacio de oficina y de costes energéticos”, ha afirmado Justin Rattner, director de Intel Labs y Director Tecnológico de Intel. “Con el tiempo, espero que estos avances puedan incorporarse a los dispositivos de uso general, de la misma forma que la tecnología automovilística avanzada –como el control electrónico del motor y el sistema de frenos anti bloqueo- ya puede encontrarse en los vehículos actuales”.
Los núcleos permiten al software dirigir de forma inteligente los datos para lograr la máxima eficiencia
El chip en prueba cuenta con una red de alta velocidad entre los núcleos, para compartir de forma eficiente información y datos. Esta técnica ofrece unas mejoras importantes en el rendimiento de las comunicaciones y en eficiencia energética, en comparación con los modelos de centros de datos actuales porque los paquetes de datos sólo tienen que desplazarse unos milímetros sobre el chip en vez de miles de metros a otro sistema informático.
El software de la aplicación puede utilizar esta red para pasar rápidamente en tan sólo unos microsegundos la información directamente entre los núcleos en cooperación, lo que reduce la necesidad de acceder a datos en la memoria más lenta del sistema fuera del chip. Las aplicaciones también pueden gestionar exactamente y de forma dinámica los núcleos que se utilizan en una tarea determinada, para ajustar el rendimiento y las necesidades energéticas a las demandas de cada una de ellas.
Las tareas relacionadas se pueden ejecutar en los núcleos próximos, pudiendo incluso pasar los resultados directamente de un núcleo al siguiente, como si fuera una cadena de montaje, para maximizar el rendimiento general. Asimismo, este control de software se amplía con la posibilidad de gestionar el voltaje y la velocidad de reloj. Los núcleos pueden desconectarse y activarse o cambiar sus niveles de rendimiento, para adaptarse continuamente y utilizar la energía mínima necesaria en un momento dado.
Solucionando los problemas del software
La programación de procesadores con múltiples núcleos es un reto bien conocido por el sector, mientras que los fabricantes de ordenadores y de software transicionan a utilizar múltiples núcleos en un único chip de silicio. El prototipo permite aplicar en el chip los métodos populares y eficientes de programación en paralelo que se utilizan en el centro de datos “nube”. Los investigadores de Intel, HP y de Open Cirrus de Yahoo colaboran para llevar estas aplicaciones de la nube al chip de 48 núcleos de arquitectura Intel, utilizando para ello Hadoop, un marco de software de Java que ofrece soporte a las aplicaciones distribuidas que utilizan una gran cantidad de datos, tal y como ha demostrado hoy Rattner.
Intel cuenta con planes para elaborar un mínimo de 100 chips experimentales para distribuirlos a docenas de colaboradores del sector y a universidades de todo el mundo, con el objetivo de desarrollar nuevas aplicaciones de software y modelos de programación para los procesadores futuros de múltiples núcleos. Una de las instituciones europeas que van a utilizar el chip de Intel para estudios futuros es el ETH Zurich, en Suiza.
“Estamos encantados con el “single-chip cloud computer” de Intel”, ha afirmado Timothy Roscoe, del ETH Zurich Computer Science Department Systems Group. “Para el proyecto Barrelfish hemos diseñado unas arquitecturas de SO para sistemas con múltiples núcleos y muchos núcleos (multi-core /many-core). El sistema de memoria del chip y el soporte para el desplazamiento de mensajes nos sirven de gran ayuda, y es una herramienta ideal para probar y validar nuestras ideas».
Este hito representa el logro más reciente en el Programa de Investigación Informática de Teraescala de Intel, una iniciativa que tiene como objetivo superar las barreras para ampliar los chips futuros a decenas o miles de núcleos. Fue creado conjuntamente por Intel Labs en sus centros de investigación en Bangalore (India), Braunschweig (Alemania) y Hillsboro, Ore. (EE.UU.). Intel Braunschweig –parte de Intel Labs Europe– se ha encargado de diseñar el núcleo del procesador, el hardware especializado que permite a los núcleos comunicarse con una latencia reducida, y un controlador de memoria simplificado y con eficiencia energética, optimizado para los diseños con muchos núcleos.
El equipo alemán fue responsable de la validación de todo el chip, y aplicó su propia tecnología de emulación del procesador para permitir a los equipos de todo el mundo probar los conceptos de software y hardware antes de fabricar físicamente el chip. Este proceso redujo el tiempo de diseño a, aproximadamente, la mitad, además de acelerar el desarrollo de software. Los detalles sobre la arquitectura y los circuitos del chip serán publicados en un artículo para la Conferencia sobre Circuitos de Estado Sólido que se celebrará en el mes de febrero.
