Procesadores Cell

Cell es una arquitectura de microprocesador desarrollada conjuntamente por Sony Computer Entertainment, Toshiba, e IBM, en una alianza conocida con el nombre de “STI”. El diseño de arquitectura y su primera implementación se llevaron a cabo en el STI Design Center de Austin, Tejas, durante un periodo total de cuatro años que comenzó en marzo de 2001, empleando un presupuesto de 400 millones de dólares según IBM.

Cell es la abreviatura de Cell Broadband Engine Architecture (“arquitectura de motor Cell de banda ancha”), conocida también como CBEA por sus siglas al completo o Cell BE. Cell emplea una combinación de la arquitectura de núcleo Power, de propósito general y medianas prestaciones, con elementos coprocesadores en cascada, los cuales aceleran notablemente aplicaciones de procesado de vectores y multimedia, así como otras formas de computación dedicada.

La primera gran aplicación comercial del Cell fue la videoconsola PlayStation 3 de Sony. Mercury Computer Systems ofrece servidores duales Cell, un blade (tipo de servidor autocontenido) Cell en configuración dual, un ordenador con especificaciones de resistencia superior y una tarjeta aceleradora PCI Express, todos ellos disponibles en diferentes estadios de producción. Toshiba ha hecho públicos sus planes para incorporar procesadores Cell en adaptadores de televisión de alta definición. Características únicas como el subsistema de memoria XDR y el bus de interconexión de elementos (Element Interconnect Bus, EIB) parece que posicionan el Cell de manera ventajosa en el empleo de aplicaciones futuras en el campo de la supercomputación, donde se sacaría provecho de la habilidad del procesador para manejar núcleos de coma flotante. IBM ha anunciado planes para incorporar procesadores Cell como tarjetas de expansión en sus mainframes IBM System z9, para que de este modo puedan ser empleados como servidores en juegos online masivos multimedia (MMORPGs).

La arquitectura Cell implanta novedades como son la estructura de coherencia de memoria, por la que IBM ha recibido varias patentes. Esta arquitectura enfatiza la relación rendimiento por vatio, da prioridad al ancho de banda sobre la latencia y favorece la máxima salida de cálculo sobre la simplicidad del código de programación. Debido a ello, Cell es considerado normalmente como un entorno de desarrollo de software desafiante. IBM proporciona una plataforma de desarrollo completa basada en Linux para ayudar a los programadores a afrontar esta tarea . El factor principal para comprobar si Cell llega a desarrollar su potencial de rendimiento es la adaptación del software. A pesar de estas dificultades, los estudios indican que Cell sobresale en diversos tipos de computación científica.

En noviembre de 2006, David A. Bader, del Instituto Tecnológico de Georgia fue escogido por Sony, Toshiba e IBM de entre más de una docena de universidades para dirigir el primer Centro STI de Expertos para el procesador Cell (STI Center of Competence for the Cell Processor).Esta alianza tiene por objetivo crear una comunidad de programadores y ampliar el apoyo de la industria al procesador Cell, Existe un vídeo tutorial sobre cómo programar el Cell a disposición del público.

HISTORIA

En el año 2000, Sony Computer Entertainment, Toshiba Corporation, e IBM formaron una alianza (STI) para diseñar y manufacturar el procesador. El centro de diseño STI (STI Design Center) abrió sus puertas en marzo de 2001. El Cell estuvo en fase de diseño por un periodo de cuatro años, empleando versiones mejoradas de las herramientas de diseño usadas con el procesador POWER4. Alrededor de 400 ingenieros de las tres compañías trabajaron en Austin, con el estrecho apoyo de once de los centros de diseño de IBM.

Durante este periodo, IBM registró diversas patentes relacionadas con la arquitectura Cell, el proceso de fabricación y el entorno software. La primera versión de la patente del Broadband Engine mostraba un encapsulado de chip conteniendo cuatro “elementos de procesamiento” (Processing Elements), lo cual era la descripción en la patente de lo que ahora se conoce como “elementos power de proceso” (Power Processing Element). Cada elemento de proceso contenía 8 procesadores aritméticos, designados como SPE’s en el actual chip Broadband Engine. Dicho encapsulamiento se especula que habitualmente poseía una velocidad de reloj de 4 GHz, con 32 unidades de procesamiento aritmético que proporcionaban un total de 32 GFLOPS cada una. De este modo, el Broadband Engine mostraba un Teraflop de potencia de computación bruta.

En marzo de 2007 IBM hizo público que la versión en 65 nm del Cell BE se encontraba en producción en su planta de East Fishkill, Nueva York. Nuevamente, durante el mes de febrero de 2008, IBM anunció su intención de comenzar la fabricación de procesadores Cell con tecnología de 45nm. Comercialización

El 17 de mayo de 2005, Sony Computer Entertainment confirmó algunas de las especificaciones del procesador Cell que sería incluido dentro de la futura videoconsola PlayStation 3. En esta configuración del Cell, se incluiría un elemento power de proceso (PPE) en el núcleo, junto con 8 unidades sinergísticas de proceso (SPE’s) en la oblea de silicio. En la PlayStation3, una de las SPE’s se bloquea durante el proceso de testeo, práctica que ayuda a mejorar el rendimiento de fabricación, y otra se reserva para el sistema operativo, dejando con ello 6 SPE’s libres para ejecutar el código de los juegos. La velocidad de reloj objetivo durante su lanzamiento son 3,2 GHz El primer diseño se fabricó usando tecnología de fabricación SOI de 90 nm, de cuya producción inicial se encargó la factoría de IBM en East Fishkill, Nueva York.