UPPDATERAD: Xeon och FPGA i samma processor

En Xeon-processor och en FPGA-coprocessor i samma kapsel – det håller Intel på att utveckla. Nyheten kommer ett par dagar efter att Microsoft avslöjat att företaget experimenterar med att accelerera sin sökmotor Bing med hjälp av FPGA-kort.

SÅ ÄR FPGA BÄTTRE ÄN CPU
Att kombinera FPGA och CPU är gammal koncept som idag blivit etablerat genom satsningar från bland annat Altera och Xilinx.

– FPGA:er har stora möjligheter att komplettera en fix CPU, speciellt när det gäller data med ovanliga bitbredder, förklarar Stefan Möhl, expert på FPGA-acceleration.

– Till exempel det snabbt växande området kring genomisk data – fyra baspar är ju bara två bitar, och då är det ett gigantiskt slöseri att arbeta med 64-bitarsinstruktioner. Eller i krypteringssammanhang där man ofta arbetar med data som antingen har mycket högre eller lägre bitbredder än CPU:ns.

– En FPGA är ju också massivt parallell, vilket gör den oerhört bra på att dölja minneslatens. Genom att sätta den i samma paket som CPU:n kan man ordna mycket låg latens mellan CPU och FPGA, vilket kan låta FPGA:n hantera minnesaccesser, medan den orkestrerar ett tätt och jämnt flöde av data in till CPU:n.

FPGA:n används alltså som en coprocessor till CPU:n. Eller? För vissa tillämpningar kan det kännas som tvärtom.

– Om flödet inkluderar instruktioner till CPU:n så blir frågan om vem som är accelerator och vem som är huvudprocessor en ren Gestalt-fråga.

Senaste gången Intel försökte addera FPGA-logik till sina processorer var 2010 då företaget lade ett 60 000-grindars FPGA-chips och en Atom E6xx-processor i samma kapsel och lanserade dem under namnet Stellarton. Den tycks inte ha blivit en framgång eftersom den håller på att utgå ur sortimentet (länk).

Också Xilinx och Altera blandar FPGA och CPU i samma processor, men tillämpningen brukar vara inbyggda system, liksom den var för Stellarton. Den här gången är det istället Intels serverprocessor Xeon som används. Kapseln är kompatibel med Xeon E5.

– Valet av en Xeon E5 tyder på att det här är riktat mot högprestandaberäkningar snarare än embeddedapplikationer, säger Stefan Möhl, teknikchef på svenska FPGA-programmeringsföretaget Mitrionics.

Att lägga en FPGA-processor och en Xeon-processor i samma kapsel snarare än på ett kretskort intill varandra, ska göra kommunikationen mellan dem dubbelt så snabb bedömer Intel.

Acceleratorer till Intels processorer är fullvärdiga medlemmar på minnesbussen. De hålls cache-koherenta med CPU:er och andra enheter på minnesbussen. De har också stöd för virtuell adressering och för säkert minne i fleranvändarsystem.

Lanseringen kommer inte i ett vakuum utan bara ett par dagar efter att Microsoft avslöjat att företaget experimenterar med att använda FPGA:er för att accelerera beräkningarna i sin sökmotor Bing. I en studie ökade FPGA:n genomströmningen med 95 procent men strömförbrukningen med bara tio procent. Microsoft tänker sjösätta lösningen skarpt nästa år.

Intel nämner sin gamla partner Facebook i lanseringen av den nya processorn, men säger inget konkret som nya samarbeten dem emellan om denna produkt.

Achronix – som Intel investerat i – och Tabula tillverkar FPGA-kretsar hos Intel. Altera och Microsemi är också foundrykunder hos Intel (länk). I Stellarton var det Altera som bidrog med FPGA-chipet och det är Alteras chips som använts i Microsofts experiment.

FOTNOT
Artikeln har uppdaterats med kommentarer från FPGA-experten Stefan Möhl.