IBM, Sony en Toshiba onthullen Cell-processor

IBM, Sony en Toshiba hebben vandaag op ISSCC 2005 in San Francisco meer technische details onthuld en zelfs een demonstratie gegeven van de Cell-processor, het kloppend hart van de PlayStation 3 en andere toekomstige multimediaproducten. Er gaan een hoop wilde verhalen rond over Cell. Voornamelijk gevoed door de marketingafdeling van Sony meldden veel sites vandaag dat de chip krachtiger is dan de gemiddelde supercomputer, vanwege het grote aantal gigaflops dat het ding in theorie kan leveren. Het grootste deel van deze kracht put de Cell uit acht "Synergistic Processor Elements": gespecialiseerde vectoreenheden die globaal het idee van bijvoorbeeld SSE of AltiVec volgen, maar nog eenvoudiger zijn opgebouwd. Deze elementen hebben ieder twee pipelines, waar getallen in groepen van vier doorheen worden gestuurd. In totaal kan de 234 miljoen transistors tellende chip in iedere klokcyclus dus 64 getallen verwerken. Met een verwachte frequentie van meer dan 4GHz met 65nm-productie is het niet moeilijk om te zien waar de verhalen over de enorme rekenkracht van 256 gigaflops vandaan komen. De vandaag gepresenteerde chip was overigens nog met 90nm-transistors gemaakt, waarvan geen kloksnelheid werd genoemd.

Close-up van een Synergistic Processor Element

Een ander innovatief punt van de architectuur is de strakke koppeling tussen de eenheden onderling; de zogenaamde Element Interconnect Bus. Deze bestaat uit vier 128-bits brede ringen tussen de cores, ondersteund door een 64-bits tagbus op halve kloksnelheid. Iedere core heeft daarnaast 256KB aan cache tot zijn beschikking, dat is getest tot snelheden van 5,4GHz. Naast de slimme interne bus heeft de chip ook een bloedsnelle externe interface om verbindingen met andere Cell-chips te kunnen leggen. Met behulp van Rambus' XDR en FlexIO-technologie is een bus met een bandbreedte van maar liefst 100GB/s gerealiseerd. Om het stroomverbruik binnen de perken te houden heeft Cell tien digitale thermometers aan boord en is de 221mm² grote plak zand verdeeld in vijftien afgescheiden gebieden die apart geregeld kunnen worden qua stroomverbruik. Of dit al de techniek van Transmeta is werd niet bekendgemaakt.

De volledige Cell

De SPE's kunnen echter lang niet alles. Om er optimaal gebruik van te kunnen maken moet een algoritme goed parallelliseerbaar zijn, beschreven kunnen worden in termen van floating point vectoren en weinig tot geen vertakkingen hebben. De grootste uitdaging voor Sony en ontwikkelaars van software voor Cell is dus het vinden van manieren om de gespecialiseerde eenheden op een nuttige manier in te zetten, zonder dat het programmeer- en testwerk te veel tijd in beslag gaat nemen. Als het een programma niet lukt om de SPE's te benutten dan zal er van de 'supercomputerkracht' van de chip namelijk ook ineens een heel stuk minder overblijven. Hoewel er met name op het gebied van multimedia een hoop geschikte toepassingen liggen voor een chip als Cell, beseft ook Sony zelf dat de krachtige SPE's verre van alleskunners zijn. Daarom zit er naast de acht vectoreenheden ook een normale IBM PowerPC-core aan boord, en zal er in de PlayStation 3 een GPU van nVidia zitten.