От большего количества ядер пока не стоит ждать лучших результатов

   Моделирование развития процессоров, проведённое американской научно-исследовательской лаборатории Sandia National Laboratories (SNL), показало, что при дальнейшем увеличении количества ядер ограничения, накладываемые со стороны памяти, станут реальным препятствием для увеличения производительности процессоров.

   Уже много лет отличительной характеристикой процессора является его тактовая частота. Производители процессоров утверждают, что производительность процессора зависит в первую очередь от частоты его ядра, и хвастаются, насколько сильно может повыситься производительность процессора, если им удастся создать многоядерные модели. Однако исследование Sandia показало, что производительность процессора не всегда будет расти с ростом количества его ядер.

   Как известно, во многих тестовых приложениях результаты четырёхъядерных процессоров хуже результатов двухъядерных моделей с аналогичным значением тактовой частоты. По мнению исследователей лаборатории Sandia, одной из причин этого является доступность памяти и её ёмкость. Если выводы Sandia будут признаны всеми лабораториями мира, то это может привести к перестройке большинства современных суперкомпьютеров, так как их производительность увеличена именно за счёт перехода на большое количество вычислительных ядер.

   Моделирование Sandia показало, что при переходе с одного ядра на два производительность процессора резко возрастает. При переходе с двух ядер на четыре производительность увеличивается уже не столь существенно, а при переходе с четырёх ядер на восемь повышение производительности незначительно. При дальнейшем увеличении количества ядер фактическая производительность процессора упадёт настолько сильно, что шестнадцатиядерный процессор проиграет двухъядерному большинство тестов.

   Исследователи Sandia пришли к выводу, что источник проблемы ─ недостаточная ширина полосы пропускания шины памяти, за которую ядра процессора "дерутся" между собой. Для того, чтобы лучше объяснить суть проблемы, Sandia приводит следующий пример: если при покупке в супермаркете одного человека будет обслуживать два сотрудника, то они справятся с этой задачей почти в два раза быстрее, чем один сотрудник. Если одного человека будет обслуживать четыре сотрудника, то скорость обслуживания опять увеличится. Однако восемь, а тем более шестнадцать сотрудников будут мешать друг другу настолько сильно, что время обслуживания увеличится.

   Арун Родригес (Arun Rodrigues), один из членов команды Sandia, сказал в своём выступлении, что при выполнении многих приложений ширина шины памяти ограничена даже для одного ядра. Однако решение этой проблемы пока не найдено, поэтому она часто игнорируется. Джеймс Пири (James Peery), руководитель отдела компьютеров и информации лаборатории Sandia, считает, что проблема заключается в противостоянии модулей. "Все ядра имеют доступ к памяти через один и тот же канал. Это всё равно, что пытаться говорить одновременно с двумя, четырьмя или восемью людьми. Ядра отправляют запрос, затем ждут, когда им будет прислан ответ. Это приводит к задержкам."

   Исследователи считают, что современные системы памяти позволят заметно улучшить характеристики многоядерных процессоров, однако основная проблема функционирования памяти останется нерешённой. В настоящее время Sandia и Окриджская национальная лаборатория (ORNL) вместе работают над проектом, который приведёт к созданию суперкомпьютеров с производительностью больше 1 экзафлоп (1*10¹⁸ операций в секунду). Окриджской национальной лаборатории принадлежит самый быстрый суперкомпьютер в мире, который преодолел барьер в 1 петафлоп (1*10¹⁵ операций в секунду).