Tusen cpu:er på ett AA-batteri

Amerikanska forskare har tillverkat en massivt parallell processor som kan exekvera 115 miljarder instruktioner per sekund med i princip ett ensamt AA-batteri som enda energikälla, under några timmar.

Det betyder att processorn, Kilocore, är hundra gånger mer energieffektiv än en typisk pc-processor av idag.

Kilocore innehåller 1000 cpu-kärnor som kommunicerar både switchat och paketroutat. Den består av 621 miljoner transistorer och har tillverkats av IBM i 32 nm.

I 0,56 volt kan den klockas till 115 MHz och då leverera 115 miljarder instruktioner per sekund på 1,3 watt.

Varje cpu klockas individuellt och kan stängas ner individuellt till läckström.

Teoretisk maxprestanda ligger kring 1,78 biljoner instruktioner per sekund, men då är den klockad i 1,78 GHz och matad med 1,1 volt och skulle dra 40 watt, motsvarande 3–4 gånger mer energi per operation. Det här är en teoretiskt uppskalad prestanda eftersom dagens kapsling endast kan ge maximal spänning till 160 av cpu:erna.

Varje cpu kan exekvera ett eget oberoende program i en enkel arkitektur på 72 instruktioner. Det lokala minnet är litet, bara en kilobyte, att exempelvis jämföra med en Intel Skylakes L1-cache på 64 kbyte.

Enligt forskarna är Kilocore den första tillverkade processor som når drömgränsen på tusen cpu-kärnor. Det finns processorer med fler beräkningselement än tusen, men nyckelorden är ”cpu” och ”tillverkad”. Det tidigare rekordet låg på 300 cpu:er.

Exempelprogram finns för videokodning, wifimottagning, sortering, kryptering och vetenskapliga beräkningar.

Grafikprocessorer andra specialsydda processorer är massivt parallella och energieffektiva, men Kilocore är tänkt att vara en generell processor.

Den energisnålaste datorn i listan över de idag 500 snabbaste superdatorerna levererar 6,7 Mflops/watt med hjälp av en processor kallad Pezy-SC som har 1024 beräkningselement. Kilocore skulle inte fungera som accelerator i en superdator eftersom den inte stöder flyttalsoperationer och programbiblioteken Blas och Linpack som används för att testa superdatorer.

– Vi har nyligen börjat titta på hur vi skulle kunna implementera Blas på vår arkitektur, kanske med hårdvara för flyttal i ett nytt chip. Men den forskningen har inte gått tillräckligt långt för att för att vi skulle kunna uppskatta Linpack-prestanda, säger Brent Bohnenstiehl, en av forskarstudenterna i projektet.

UC Davisforskarnas processor Kilocore ska inte blandas ihop med IBM:s gamla utvecklingsprojekt med samma namn.