Der Newcomer im Prozessorbau: Kalray

256 Cores in einem Prozessor

| Autor / Redakteur: Ariane Rüdiger / Ulrike Ostler

Der Kalray-Prozessor enthält insgesamt 288 Prozessorkerne.
Der Kalray-Prozessor enthält insgesamt 288 Prozessorkerne. (Bild: Kalray)

Das innovative Prozessordesign des Newcomers Kalray könnte Rechnern neue Leistungsdimensionen erschließen. Wichtigste Anwendungsgebiete in Rechenzentren sind die Ein-/Ausgabebeschleunigung, Sicherheitsanwendungen und die Vernetzung.

Rechenzentren werden immer größer und die Ressourcen in ihnen sollen immer komplexere Aufgaben lösen. Doch immer wieder zeigen sich Engpässe: Mal reicht die Rechen-Power nicht, beispielsweise für komplexe Simulationen oder so genannte intelligente Algorithmen, etwa neuronale Netze. Mal ist der Speicherzugriff nicht schnell genug, dies gilt vor allem für VDI-infrastrukturen, die regelmäßig hängen, wenn morgens viele Mitarbeiter gleichzeitig in die Arbeit einsteigen.

Sicherheit wird gefordert, führt aber regelmäßig noch immer zur Verzögerung, weil Verschlüsselungsalgorithmen den Prozessor belasten oder zu langsam abgewickelt werden. Und immer mehr virtuelle Maschinen überfordern die horizontalen Transportleistungen im Rechenzentrum – also den Datentransport zwischen virtuellen Maschinen.

Mit Technologien, die aus dem Supercomputing entlehnt sind, versucht das 2008 gegründete französische Startup-Unternehmen Kalray eine ganze Reihe dieser Probleme auf einmal zu lösen. Kalray adressiert mit seinen Produkten vor allem zwei Märkte: Rechenzentren und Embedded Computing, beispielsweise bei selbstfahrenden, intelligenten Autos.

Vorbilder aus dem Supercomputing

Im Kern aller Produkte steckt mit dem MPPA ein Multiple-Core-Prozessor mit 288 Cores. Produziert wird der Prozessor in 28 Nanometer CMOS.

Bisher hat Kalray zwei Prozessorgenerationen fertiggestellt, „Andey“ und jetzt „Bostan-N“ (MPPA2-256-N) . Ein wichtiger Unterschied zwischen erster und zweiter Produktgeneration besteht darin, dass in den Bostan-Prozessor kryptographische Beschleuniger und Zufallszahlengeneratoren integriert wurden.

Den Durchsatz des neueren Chips beziffert Kalray auf maximal 128 Gigabit pro Sekunde (GBit/s) Full Duplex. Zweimal 40- oder achtmal 10-GBit/s-Ethernet-Anbindungen sind integriert, womit eine Transportgeschwindigkeit von 80 GBit/s realisierbar ist. Langsamere Geschwindigkeiten werden die Verbindungen mit dem SGMII (Serial Gigabit Media-independent Interface, SGMII)-Protokoll umgesetzt.

So kommen 288 Cores zusammen

Der Prozessor besteht aus 16 Clustern mit jeweils 16 Cores, die mit VLIW (Very Long Instruction Words) arbeiten. Datentransfer und der Zugriff auf Storage erfolgen über DDR3 mit 2*64Bit/s und über PCIe Gen3-Verbindungen mit 16 Leitungen. Dazu kommen diverse Cores in von mehreren Bereichen genutzten Funktionsmodulen, so dass insgesamt 288 Cores zusammenkommen.

Jeder Core hat eine 64-Bit-Architektur und arbeitet mit 600 MHz und kann fünf Instruktionen pro Zyklus verarbeiten. Eine Gleitkomma-Einheit entsprechend IEEE 754-2008 ist integriert. Zudem hat jeder Core ein eigenes Speicher-Management und ermöglicht Verschlüsselung mit allen gängigen Standards bei der Verarbeitung. Neben den Verschlüsselungs-Beschleunigern sind auch Elemente zur beschleunigten Erstellung von Prüfsummen integriert.

Die Cluster eines Cores teilen sich einen gemeinsamen Arbeitsspeicher von 2 Megabit. Gesteuert werden sie von einem Systemcore, ebenfalls mit Gleitkommaverarbeitung und Speicher-Management. Daten werden in einem L1-Cache gespeichert, der Datenzugriff erfolgt über intelligentes DMA (Direct Memory Access) mit 20 Mbit/s. alle Komponenten auf dem Chip mit 16 Clustern sind durch ein internes Netzwerk (NoC, Network on a Chip) mit Torus-Struktur verbunden. Die integrierten QoS-Mechanismen garantieren deterministisches Verhalten.

Inhalt des Artikels:

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Kommentar abschicken

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 43912519 / Komponenten)