Hardware 05.11.2004, 18:34 Uhr

Richtungswechsel in der PC-Architektur

Clearspeed präsentierte einen Gleitkomma- Coprozessor aus 96 parallel vernetzten Kernen mit beeindruckenden Leistungsdaten und sparsamem Stromverbrauch. Und das alles kompatibel zur Intel-Architektur.

Comeback für Coprozessoren: Mit 96 parallel vernetzten Gleitkomma-Rechnerkernen auf einem Chip erreicht der CSX600 von Clearspeed 50 Gflops Rechenleistung (50 Mrd. Gleitkomma- Operationen/s). Und das bei nur 250 MHz Taktfrequenz und einem Leistungsverbrauch von ganzen 5 W.
Manchmal gibt es also auch auf einem in 15 Jahren zur Fortschrittsroutine erstarrten Innovationstermin noch Sensationen. Wie jetzt auf dem Fall Processor Forum 2004. Früher hieß es „Microprocessor Forum“ jetzt umfasst es neben den eingebetteten Prozessoren auch Themen wie MEMS. Und da stellte am 6. Oktober das britische Chip-Designhaus Clearspeed Technology (ohne eigene Fab – die Fertigung besorgt IBM) eben diesen neuen 64-bit-Coprocessor-Chip CSX600 vor.
Die Fachwelt war aus dem Häuschen. Nicht nur, weil dieser Chip des relativ unbekannten Entwicklers traumhafte Kenndaten erreicht, die bislang in der PC-Arena als unerreichbar galten: Die Verarbeitungsgeschwindigkeit stößt bereits in Supercomputergefilde vor. Aber auch, weil die Funktionalität des neuen Mathematik-Coprozessors genau das liefert, was den Entwicklern von Intels oder AMDs Universalprozessoren der X86-Architektur zurzeit nicht gelingt: hohe Rechenkraft für digitale Signalverarbeitung bei zugleich geringem Leistungsverbrauch, also ohne Rückgriff auf aufwendige Kühlung. Alles das durch massive Parallelverarbeitung statt immer schnellerer Taktung im Gigahertz-Bereich, statt komplizierter Befehls-Pipelines und „out-of-order processing“, statt Multithreading-Softwarestrategien und anderer Tricks zur Beschleunigung der Programmabläufe.
Den Verzicht auf das Macho-Getue mit immer neuen Gigahertz-Rekorden als Kennziffer der jeweils erreichten Innovation nach Vorgabe des Moore“schen Gesetzes hat übrigens – in eleganter zeitlicher Koinzidenz – nun auch der weltweit größte Chiphersteller Intel offiziell eingeräumt – nachdem der Rivale AMD in seinem Marketing schon lange darauf verzichtet hat. Intels neuester Pentium 4 „Prescott“ soll nun beim Takt von 3,8 GHz verharren, statt auf 4 GHz aufzustocken. Die 4-GHz-Version wurde letzte Woche abgesagt. Abrupter Richtungswechsel per Dekret des designierten Intel-CEO Paul Otellini.
Stattdessen will sich Intel auf alternative Funktionsverbesserungen fokussieren, z. B. auf die Erweiterung des internen Cache auf 2 MByte, und anderes mehr. Das deckt sich mit der seit Jahren als wichtige Roadmap-Priorität forcierte Begrenzung der Verlustleistung. Wäre das nur so einfach. Denn mittlerweile ist sie in die Größenordnung einer heißen Haushaltsglühlampe von 100 W vorgestoßen. Das braucht aufwendige Wärmeabfuhr und Kühlung.
Also heißt der Trend mal wieder – zumindest mittelfristig, bis zur nächsten oder übernächsten „node“ der Strukturfeinheit der Chips – zurück zur Hardware-Beschleunigung mit Dual- oder Multicore-Chips. Auch AMD propagiert sie, etwa im Opteron. Die Chipveteranen erinnern sich da an ein ähnliches Konzept, das vor mehr als 20 Jahren Furore machte: der „Transputer“ – mit ähnlich flexibler Multichip-Parallelität. Doch das rasche Skalieren der CMOS-Chips mit immer höherer Komplexität und allen damit verbundenen Kostenvorteilen machte die Einchip-Integration aller Funktionen zwischenzeitlich zum Sieger.
Ist das jetzt ein Frontalangriff auf Intels Position? Ja und Nein. Einerseits werden die Aussichten der 64-bit-Itanium-Serie weiter eingetrübt. Denn die klassische X86-Architektur, auch in der von Intel spät akzeptierten 64-bit-Version, hat damit wieder Aufwind. Der neue Coprozessor von Clearspeed ist mit Absicht X86- und PCI-X-kompatibel ausgelegt. Schon auf dem letzten Processor Forum, 2003, hatte sich die Coprozessor-Strategie von Clearspeed abgezeichnet: damals mit einem ersten derartigen Design, dem 32-bitter CS301.
Schon diese erste Ausführung erzielte bei 200 MHz Takt eine Rechenleistung von 25 Gflops (25 Mrd. Gleitkomma-Operationen/s) für alle seine 64 auf dem Chip integrierten Rechnerkerne. Das ist mehr als das Doppelte der 12 Gflops, die ein Pentium 4 bei 3 GHz Takt hergibt. Und das bei 2,5 W Leistungsverbrauch. Kein Wunder, dass schon damals die parallele Verarbeitung positiv bewertet wurde.
Im neuen CSX600 hat Clearspeed noch einmal kräftig nachgelegt. Jede seiner 96 Gleitkomma-Einheiten (64 bit mit doppelter Präzision) hat auch eine 16-bit-Integer(Festkomma)-Funktion. Dazu 6 kByte lokalen Speicher und insgesamt 128 kByte „Scratchpad“-Speicherplatz. Dazu das aktuelle DDR-2-Speicher-Interface. Das Ganze ist zum Experimentieren und zur Entwicklung von Anwendersoftware (in C-Programmierung) als PC-Einschubkarte lieferbar.
Preislich allerdings ist das noch nichts als Nachbrenner für populäre PC-Applikationen. Die neue Parallelverarbeitung zielt, wie man bei Clearspeed einräumt, auf das obere Ende von Workstations. Mit zwei Einschubkarten bedeutet das einen Preispunkt von 50 000 $.
Doch das ist im Moment das richtige Anwendersegment: für schnelle, sich oft wiederholende komplexe Berechnungen mit wechselnden Datensätzen. Stichworte: Molekularbiologie, Bio-Informatik, Echtzeit-Bildverarbeitung und Mustererkennung bzw. Neuronale Netze. Alles, was heute an die Supercomputer heranreicht, aber möglichst per Workstation erledigt werden soll.
WERNER SCHULZ

  • Werner Schulz

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