Финальная партия Intel Xeon Phi была отгружена летом этого года, хотя сам закат продуктов на базе архитектуры MIC (Many Integrated Core) начался за несколько лет до этого. Теперь же можно сказать, что в их истории поставлена последняя точка — из основной ветки ядра Linux 5.10 поддержка этих процессоров убрана уже в rc2.

В ядре Linux поддержка MIC появилась в 2013 году, и Intel очень активно развивала её, почти втрое увеличив объём кодовой базы. Однако в последние годы развитие прекратилось и код остался фактически заброшенным. Связано это, понятное дело, с уходом ускорителей с рынка, где они не стали массовыми, проиграв конкуренцию NVIDIA как в HPC, так и в остальных сегментах.

Intel последовательно отменила выпуск следующего поколения MIC и продуктов всех прошлых поколений Xeon Phi, переключившись на создание универсальной архитектуры GPU. HPC-ускорители на её базе должны появиться в скором времени. Шине Intel Omni-Path, которая была непосредственно интегрирована в некоторые поздние модели Xeon Phi, повезло больше — после отказа Intel разработки были переданы свежесозданной Cornelis Networks.

Тем не менее, кое-какое наследие MIC в ядре всё же может сохраниться. Речь идёт подсистеме VOP (VirtIO over PCIe), которая решает некоторые проблемы виртуализации PCI Express и для устройств других вендоров. Однако в текущем она ориентирована только на поддержку продуктов и драйверов Intel, и сможет вернуться в ядро Linux лишь после доработки.

На конференции Intel Developer Forum, которая в данный момент проходит в Сан-Франциско, была названа следующая версия архитектуры MIC (Many Integrated Cores), основанные на которой продукты пополнят семейство ускорителей параллельных вычислений Xeon Phi — Knights Mill.

От Intel давно не поступало новостей касательно планов по развитию этой линейки устройств. На сегодняшний день Intel выпустила два поколения Xeon Phi — Knights Corner в 2013 году и Knights Landing в 2016-м. Согласно предыдущим заявлениям, третье поколение получит кодовое название Knights Hill, а соответствующие чипы будут производиться по технологической норме 10 нм.

В кратком выступлении, которое Intel посвятила анонсу Knights Mill, не пояснили, как новинка соотносится с прошлыми планами. Возможно, что Knights Mill является промежуточной остановкой на пути к Knights Hill. По другой версии, новый продукт олицетворяет ответвление от основного пути развития, предназначенное для специфической ниши — глубинного обучения.

Глубинное обучение — одно из направлений задач машинного обучения, которое предполагает моделирование абстрактных понятий за счет построения многократно ветвящихся графов. На практике это применяется в программах компьютерного зрения, распознавания объектов, человеческой речи и т.п. Определяющий признак, который сделает Knights Mill подходящей платформой для глубинного обучения — то, что Intel довольно расплывчато обозначила термином «переменная точность». Скорее всего, речь идет о поддержке формата чисел с плавающей запятой FP16 (половинная точность) либо других форматов с еще меньшей разрядностью. FP16 является приоритетным форматом для задач глубинного обучения, поскольку они не требуют более высокой точности, а процессор достигает более высокой пропускной способности при условии, что FP16 поддерживается им «в железе».

Поддержка половинной точности реализована в GPU последнего поколения от AMD и NVIDIA, и ускорители вычислений Tesla на базе архитектуры Pascal специально оптимизированы для высокой скорости в работе с FP16. Появление чипов Knights Mill упрочит позиции Intel в конкуренции с NVIDIA на этом рынке. При этом разработчики указывают на ряд преимуществ архитектуры MIC по сравнению с графическими процессорами.

Xeon Phi, начиная с поколения Kings Landing, существуют в сокетном форм-факторе, который позволяет загружать ОС непосредственно с MIC без необходимости в отдельном CPU традиционной архитектуры. Также, наряду с массивом высокоскоростной набортной памяти MCDRAM (разновидность HBM) Knights Landing, как и его потомок Knights Mill, может напрямую адресовать внешние модули DDR4 SDRAM. NVIDIA Tesla не может похвастаться такими функциями.

Массовое производство чипов Knights Mill намечено на 2017 г. Судя по графику на слайде Intel (который, впрочем, вряд ли отражает какие-либо твердые числа), Knights Mill удвоит показатели быстродействия, характерные для предыдущего поколения Xeon Phi. Это, в свою очередь, сигнализирует о применении техпроцесса 10 нм, и в таком случае не исключено, что Knights Mill — это просто новое название для ранее анонсированной архитектуры Knights Hill.

Многоядерные ускорители вычислений Intel Xeon Phi продолжают своё развитие. Об их очередном поколении с кодовым именем Knights Landing разработчик рассказывает уже почти три года, а с конца прошлого года даже поставляет образцы систем с ними своим избранным партнёрам. Однако до официального анонса дело дошло только сейчас. В рамках проходящей в эти дни в Германии конференции ISC High Performance 2016 компания Intel официально объявила о выходе принципиально новых Xeon Phi на базе дизайна Knights Landing, ключевое свойство которых заключается в том, что теперь это — не сопроцессоры, а полноценные x86-процессоры, способные взять на себя роль центрального компонента системы.

Иными словами, новые Xeon Phi могут работать полностью самостоятельно, не нуждаясь ни в каком дополнительном управляющем CPU. И это очень важное улучшение, так как проведённое коренное изменение архитектуры ликвидирует узкое место — шину PCI Express, которую используют для передачи данных предшествующие и конкурирующие ускорители вычислений, например, базирующиеся на GPU.

Источник изображений: Intel

Knights Landing воплощают собой уже третье поколение многоядерной x86-архитектуры Intel. Предыдущее поколение, известное под кодовым именем Knights Corner, базировалось на Pentium-подобных ядрах P54C. Новая же версия ускорителей переехала на модифицированную 14-нм микроархитектуру Airmont, известную по процессорам Atom. Однако в Knights Landing ядра Airmont попарно объединены в модули, которые включают также мегабайтный L2-кеш и четыре блока VPU (Vector Processing Unit), отвечающих за поддержку векторных инструкций AVX-512. Всего в новых процессорах Xeon Phi содержится до 36 таких модулей, то есть, общее число ядер в ускорителе может достигать 72.

При этом каждое ядро дополнительно поддерживает технологию Hyper-Threading и способно выполнять до четырёх потоков одновременно, что наделяет Xeon Phi впечатляющим арсеналом средств для работы с параллельными вычислениями. Учитывая, что в Knights Landing производительность на поток по сравнению с Knights Corner выросла примерно втрое только за счёт смены микроархитектуры, обновление ускорителей Xeon Phi дало им возможность дотянуться до планки в 3 Тфлопс.

Процессоры Knights Landing снабжены также интегрированной памятью MCDRAM с пропускной способностью до 500 Гбайт/с и объёмом 16 Гбайт, которая может взаимодействовать с системной шестиканальной DDR4-памятью по нескольким принципиально различным алгоритмам. Упоминания заслуживает и реализация в новых Xeon Phi отдельного двухпортового 100 Гбит/с-контроллера Omni-Path, который предполагается использовать для высокоскоростного объединения узлов, основанных на Knights Landing, в вычислительные кластеры.

Объявленная сегодня линейка процессоров Xeon Phi поколения Knights Landing включает четыре модели с числом ядер от 64 до 72 и частотой от 1,3 до 1,5 ГГц.

Стоит отметить, что в настоящее время для заказчиков доступны лишь три младшие модели: Xeon Phi 7250, 7230 и 7210. Самая же мощная 72-ядерная версия ускорителя, Xeon Phi 7290, обещана к сентябрю. Также пока Intel не поставляет варианты с интегрированным контроллером Omni-Path, который по плану появится в перечисленных моделях в октябре этого года.

Высокая производительность процессоров Xeon Phi, простая масштабируемость систем на их основе, а также полная совместимость с x86-экосистемой и знакомым всем средствами разработки, делает новинки отличным вариантом для использования в массе областей, где требуются параллельные высокопроизводительного вычисления. И особенно Intel подчёркивает применимость построенных на Xeon Phi кластеров в системах машинного обучения и искусственного интеллекта, то есть тех областях, где в последнее время высокую активность развила NVIDIA, реализующая свои ускорители семейства Tesla.

В подтверждение лидирующих характеристик Knights Landing, компания Intel приводит информацию о кратном превосходстве системы на базе Xeon Phi 7250 над системой, в которой используется конкурирующий ускоритель вычислений NVIDIA Tesla K80 и пара центральных процессоров Xeon E5-2697 v4.

При этом, Intel говорит не только о достигающем пятикратного размера преимуществе Xeon Phi в производительности. Согласно информации компании, конфигурация с процессором Xeon Phi 7250 оказывается в восемь раз экономичнее и в девять — дешевле.

Учитывая всё сказанное, Intel ожидает, что внедрение новых Xeon Phi пойдёт очень быстрыми темпами. До конца года производитель намеревается продать более ста тысяч процессоров, а готовые системы на базе Knights Landing будут поставлять более 50 компаний, включая Dell, Fujitsu, Hitachi, HP, Inspur, Lenovo, NEC, Oracle, Quanta, SGI, Supermicro, Colfax и другие. Кстати, в этом списке место нашлось и для российского интегратора — группы компаний РСК — которая собирается поставлять высокоплотные кластерные решения на базе Xeon Phi, оснащённые системами жидкостного охлаждения.