Всем привет.
В 2014 году была опубликована статья о первом мультиклеточном процессоре с реконфигурацией. За прошедшее время накопился опыт ее использования и понимание, где она может применена с максимальным эффектом.
Как известно, физические и технологические ограничения, объективно существующие при проектировании и изготовлении новых микропроцессоров, постепенно перешли из теоретической в практическую плоскость. Планарные транзисторы перестали уменьшаться в 2D размерах и стали переходить в 3D измерение. Расстояния на чипе стали ограничивать тактовую частоту, а размеры чипа привели к тому, что на пластине годным стало считаться то, что хоть как-то работает. При этом, микропроцессоры стали напоминать ламповые компьютеры 60-х годов прошлого века, на корпусе которых можно было жарить яичницу.
Сегодня большинство бенчмарков процессоров, в первую очередь, оценивают производительность. Насколько быстро рисуется картинка на дисплее, насколько быстро перемножаются матрицы или как быстро осуществляется поиск в базе данных. Это, безусловно, важно. Но почему-то мало кто задается вопросом, насколько это оптимально. Может быть, лучше увеличить время решения на 10% и при этом уменьшить энергопотребление на 50%?
Газета "Коммерсантъ" опубликовала важный материал "Британия морозит «Байкал». Российские процессоры лишаются доступа к технологиям". К сожалению, авторы заметки никогда не видели то, о чем они написали, то бишь semiconductor IP, и не понимают его природы. Зато его видел я. Поэтому я решил написать к их заметке своего рода толкование:
1. Что именно британские компании ARM и Imagination продают российским лицензиатам, таким как Байкал? (Спойлер: не патенты, хотя патенты в картину входят)
2. Чем Apple отличается от Байкала в лицензировании semiconductor IP?
3. Сколько стоят лицензии на ядра и сколько стоит архитектурная лицензия?
4. Как компания-разработчик semiconductor IP может обнаружить, что произведенный кем-то чип использует ее ядро?
5. Были ли прецеденты подобных высоких отношений с китайскими компаниями?
6. Почему в статье упоминается МЦСТ (Эльбрус)? Они же вроде сами спроектировали CPU собственной архитектуры? (Спойлер: а GPU?)
7. Могут ли британские патенты стать проблемой для разработчиков российcких ядер с архитектурой RISC-V?
8. Что логично ожидать от российских полупроводниковых стратегов?
Сегодня я заканчиваю первую главу (пока еще не написанной :)) книжки Made at Intel. Начало и продолжение – здесь и здесь.
Главная вера
И все же важнейшей религией компании является сама x86 Instruction Set Architecture. Intel изначально свято придерживался принципа backward compatibility - программы написанные для предыдущих поколений процессора работают на следующих без изменений (ну разве что требуют эмулятора операционки). Без этого нельзя построить никакой экосистемы, ибо ее формирование процесс занимающий многие годы. И именно благодаря последовательности Intel x86 ISA стала для компьютерного мира чем то вроде христианства. Аналогию можно продолжить сравнив разделение христианства на католическую и православную ветви – Intel и AMD (или наоборот). Но мы этого делать не будем. :) Однако принцип backward compatibility требует, чтобы любое изменение ISA оставалось в ней “навсегда”. И, наверно, нам следовало относиться к архитектуре более бережно. Когда я был маленьким, а деревья большими один умный человек (Ronak Singhal :)) говорил мне, что тут, дескать не о чем печалиться. С каждым shrink (переходом на более совершенный процесс изготовления чипов) площадь необходимая для поддержки legacy инструкций “сжимается” в два раза. Но вот когда Intel серьезно “застрял” на 10нм техпроцессе, мои опасения вернулись с удвоенной силой.
Это - продолжение (но еще не окончание!) первой главы. Начало – здесь.
Linpack – как важнейшее из искусств
Второй важнейший “культ”, который определял развитие серверной архитектуры на протяжении десятилетий – это “сакрализация” Linpack. Сам бенчмарк представлен Джеком Донгаррой аж в 1979 году. Но культовым статусом своим он обязан усилиями маркетологов из многих IT компаний (Intel, AMD, IBM, Nvidia, Fujitsu и тд). Linpack имеет массу неоспоримых достоинств.
• Это всего лишь ОДИН тест, в отличие от скажем SPEC CPU, где их 40 с хвостиком.
• К тому же (в отличие от SPEC) он совершенно бесплатный.
• Очень легко обьяснить, что Linpack делает. Он решает систему линейных алгебраических уравнений с числами двойной точности. Используется метод (P)LU разложения (Гаусса) с выбором ведущего элемента.
• В качестве результата Linpack выдает ОДНО число – измеренную производительность системы в (гига -, тера -, пета -, экза) флопах. На основании Linpack строится мировой рейтинг суперкомпьютеров TOP500 и российский TOP50. Так же вычисляют эффективность (искушенные люди обращают на нее внимание), как отношение измеренной производительности к пиковой. Правда, в последнее время само понятие эффективности является несколько “размытым”, из-за того что в процессе исполнения теста тактовая частота может “плавать”.
• Linpack идеально параллелится (MPI, OpenMP и вообще что угодно) и векторизуется.
• И наконец Linpack обеспечивает практически полную (>90%) загрузку вычислительных устройств. В то время как обычные приложения редко показывают больше 20.
И все же Linpack – это всего лишь ОДИН (и к тому же весьма специфичный) тест и переоценка его роли обходится очень дорого. Тем не менее история показывает, что зачастую так оно и происходило.
Для начала хочу пояснить, почему я решил перевести этот текст Эрика Энгейма. На волне изменений в мире актуальным становится вопрос открытости программного и аппаратного обеспечения. И если с ПО ситуация относительно понятная — open source цветет, то в аппаратном обеспечении по-прежнему доминируют закрытые архитектуры CPU — x86, ARM, PowerPC и другие. Исходя из этого особенно интересно следить за одной из немногих открытых (и главное — живых) архитектур RISC-V.
В этой статье автор рассказывает, почему критика архитектуры RISC-V не очень оправдана. Он развинчивает 8 мифов вокруг нее и приходит к выводу в духе «хейтеры просто не умеют ее готовить». Если интересно, перевод классного текста под катом.
Я подустал от мрачных текстов и вспомнил о своей давней мечте. За 20 с хвостиком лет работы в Интел у меня развеселых историй накопилось на целую книгу. Хотелось в ретроспективе посмотреть на некоторые события, участником которых мне довелось быть. И еще хотелось отдать дань уважения компании и людям, с которыми мне посчастливилось работать. Я уже даже название придумал – Made at Intel. Понятно, что пока я был внутри конторы, речь о публикации этих баек идти не могла. Я сам подшучивал, что для публикации нужно правильно выбрать время. В смысле сначала уволиться, а потом публиковать, а не быть уволенным вследствие публикации. :) Однако примерно 2 года назад я Интел покинул, и казалось бы меня уже ничего не сдерживало. Но тут, как всегда – то перо поломается, то струна порвется, то еще какая бяда приключится. К тому же на то чтобы писать книжку – это же рeшимости набраться надо... И вот – вчера я решил, что большое надо начинать с малого. Буду писать по главке и выкладывать сюда - собирать фидбек. Так мало –помалу и наберется.
Итак, сегодня вашему вниманию представляется первая глава, в которой эволюция архитектур Intel рассматривается с точки зрения ... истории религиозных течений. Да –да, не удивляйтесь, архитектура вычислительных устройств –это одна из самых религиозных вещей. Не думайте, что все решения по Instruction Set Architecture принимаются исключительно на основе анализа данных – это совсем не так. Скорее похоже на средневековое государство – тут есть немного бизнеса, побольше политики и очень много религии. Все просто – почти любой эксперимент в этой области растягивается на годы и обходится в миллиарды долларов. Хуже всего, что в процессе дизайна можно давать лишь приблизительные оценки ключевых характеристик – частоты, производительности, энергопотребления, температурной карты. То, как все оно будет на самом деле становится понятным уже только тогда, когда чип выходит из печки. Да сейчас в этой области уже накоплен определенный опыт и наши оценки становятся несколько точнее, но и только. А 20 лет назад этих знаний было куда меньше. И пионеры, подобные Интел двигались в темноте на собственный страх и риск. Разумеется, в таких условиях на первый план выходит кто во что ВЕРИТ. Ну да – еще кто лучше говорить умеет. Поэтому лучшие архитекторы приходят из школ с углубленным изучением богословия. :)
Мы на Школе Синтеза двадцать суббот учили школьников и студентов проектировать процессоры на FPGA. Для выпуска мы решили пригласить крутых топов, и на наше удивление, откликнулись сразу семеро:
1. Александр Редькин, гендир и основатель компании Syntacore, которая разрабатывает будущий флагман российcких процессоров для линуксных ноутбуков - суперскаляр с внеочередным исполнением инструкций, совместимый по системе команд с архитектурой RISC-V.
2. Сергей Сергеевич Шумилин - заместитель директора по науке компании Миландр, российского лидера по разработке микроконтроллеров, пионера лицензирования ядер ARM и надежды российcких пользователей ПЛИС.
3. Николай Суетин - главный микроэлектронщик фонда Сколково, бывший руководитель R&D Интела в России.
4. Сергей Михайлович Абрамов - член-корреспондент РАН, руководитель разработки суперкомпьютера СКИФ и других HPC проектов.
5. Игорь Рубенович Агамирзян - бывший менеджер Микрософта, Российской Венчурной Компании, вице-президент Высшей Школы Экономики и программист.
6. Александр Тормасов - ректор Иннополиса, Chief Scientist компании Parallels, гуру виртуализации, лектор по компьютерной архитектуре.
7. Тимур Палташев - известный специалист по архитектуре компьютерной графики, c 25-летним опытом в Silicon Valley и работой с питерским ИТМО.
UPD: Потом присоединились:
8. Окунев Константин Евгеньевич - Директор по технологическому развитию ГК «Элемент»
9. Максимов Евгений Викторович - Директор по развитию экосистемы и образовательных инициатив Группы компаний YADRO
Вообще мы планировали бОльшую часть времени в субботу разбирать микроархитектурные задачки на верилоге, но раз так, то будем устраивать устраивать сессию на тему "лидеры индустрии и академии расскажут, какие следущие шаги предпринять после решения микроархитектурных задачек, чтобы стать лидерами индустрии и академии". И ответят на вопросы.
Это состоится в субботу 23 апреля в Капсуле №2 Технопарка Сколково в 12:00.
В конце февраля 2022 года крупнейший тайваньский производитель полупроводников TSMC объявил о прекращении поставок и производства отечественных микропроцессоров из-за новых санкционных ограничений, введённых Бюро экспортного контроля Минторга США в ответ на военные действия на Украине. Под удар попали дизайн-центры МЦСТ, Байкал Электроникс, Ядро, НТЦ «Модуль», МТЦ «Элвис». Это буквально задушило все существующие и планируемые разработки микропроцессоров, включая всю линейку процессоров Байкал и практически все процессоры Эльбрус. Прямо сейчас Байкал Электроникс находится в подвешенном состоянии, поскольку производство порядка 200 тысяч процессоров на TSMC уже оплачено, 150 тысяч кристаллов готовы, но их предстоит корпусировать и ещё 50 тысяч чипов должны находиться в производстве. Ситуация критическая – никто не знает что будет дальше и вероятность того, что в дальнейшем с российскими разработчиками микросхем не будет работать ни одна фабрика в мире, включая китайские, выше 50%. На данный момент положение микроэлектронного производства в России таково, что ни одна процессорная разработка малой топологии невозможна по определению – у нас просто нет собственных производственных мощностей.
Примечание. Радиус атома кремния составляет 110 пикометров или 0,11 нанометра. Термин «размер узла» в процессе фотолитографии с пометкой «14 нм», «10 нм», «7 нм», «5 нм», «3 нм» и «2 нм» является маркетинговым и не имеет отношения к геометрии транзисторов.
В текущей версии macOS Monterey, при каждом обновлении системы на системе, содержащей чип M1, такой же как и все новые блестящие/быстрые маки с ARM ("Apple Silicon"), процесс обновления обращается в Apple, чтобы получить специальную подпись загрузки, известную на жаргоне Apple как "билет" (он же ticket).
Это делается абсолютно незашифрованным способом, через стандартный открытый 80 порт HTTP (точно такой же протокол, который запрещен для использования сторонними разработчиками приложений в App Store при передаче приватных данных, таких как уникальные идентификаторы, служащие PII) на хост gs.apple.com.
HTTP-запрос включает неизменяемые аппаратные уникальные идентификаторы (серийные номера чипов, известные как ECID), которые функционируют как суперкуки, и они видны вашей локальной сети, вашему интернет-провайдеру (или гостинице, или кофейне), всем, кто следит за сетевыми магистралями, и, конечно же, самим Apple.
Это позволяет любому определить примерное местоположение устройства, даже если он не находится рядом. Из-за того, что он может видеть IP-адрес клиента (что эквивалентно примерно геолокации на уровне города) и серийный номер устройства.
Любой, кто следит за интернет-магистралями, может увидеть, в каком городе находится каждый серийный номер чипа (ECID), и может увидеть, куда они перемещаются, поскольку эти обновления выпускаются несколько раз в квартал.
При каждом обновлении системы делается новый запрос, и пользователям предлагается включить автообновление, включая автоматическое отслеживание.
В Uber все рабочие нагрузки, хранящие состояние, запускают на единой контейнеризованной платформе. Аппаратной основой этой платформы является обширный парк серверов. Среди таких рабочих нагрузок можно отметить MySQL, Apache Cassandra, ElasticSearch, Apache Kafka, Apache HDFS, Redis, Docstore, Schemaless. Во многих случаях они совместно работают на одних и тех же физических хостах.
Речь идёт о 65000 таких хостов, о 2,4 миллионах процессорных ядер и о 200000 контейнеров. Мы постоянно боремся за повышение эффективности использования серверов, делая это ради снижения затрат на их поддержку. Это — важная задача, но до недавнего времени её достойному решению мешал троттлинг процессоров. Это явление указывало на то, что нашим программам выделялось недостаточно ресурсов.
Оказалось, что проблема заключалась в том, как именно ядро Linux распределяет процессорное время между процессами. В этом материале мы расскажем о переходе с квот CPU (квот на ресурсы процессора, CPU quotas) на механизм распределения процессов по процессорам и памяти (cpusets; эта технология ещё известна как CPU pinning — закрепление процессора). Такой переход позволил нам значительно снизить задержки в 99 перцентиле (P99) в обмен на небольшой рост задержек в 50 перцентиле (P50). Это, в свою очередь, позволило нам снизить уровень выделения процессорных ядер во всём нашем серверном парке на 11% благодаря уменьшению различий в требованиях к ресурсам.
