Exascale Heterogeneous Processor: AMD will in den Leistungsbereich von Supercomputern vorstoßen

AMD will seine APU-Technologie, die eine CPU mit High-End-Grafik in einem Prozessorgehäuse verbindet, konsequent weiterentwickeln und damit bis in den Leistungsbereich von Supercomputern vorstoßen. Die ehrgeizige Vision des Chipherstellers zielt langfristig auf Exascale-Leistung durch das Ausreizen seiner heterogenen Architektur in Verbindung mit neuer Speichertechnik.

Der Hersteller sieht dafür einen Exascale Heterogeneous Processor (EHP) vor, der 32 CPU-Kerne – wahlweise mit x86- oder ARM-Instruktionen – sowie eine leistungsstarke GPU verbindet. Dabei soll die Grafikeinheit erheblich zu einer Leistung von 10 Teraflops je Node beitragen.

Für ein Exascale-System wäre außerdem mehr Speicher mit größerer Bandbreite erforderlich. Dafür will AMD den Speichertyp High Bandwidth Memory (HBM) verwenden, der auch in seinem aktuellen Grafikkarten-Spitzenmodell Radeon R9 Fury X zum Einsatz kommt. Für sie nennt der Hersteller 60 Prozent mehr Bandbreite im Vergleich zu GDDR5 sowie die dreifache Performance je Watt gegenüber GDDR5 bei einer um 94 Prozent geringeren Platinenfläche. Für den EHP-Prozessor will AMD die Spezifikationen auf insgesamt 16 GByte Kapazität je Server-Node mit einer Bandbreite von rund 1 TByte/s erhöhen. Um den Exascale-Vorgaben entsprechen zu können, hofft es die Bandbreite schließlich sogar bis auf 4 TByte/s steigern zu können.

Außerhalb des Gehäuses ist außerdem noch zusätzlicher nichtflüchtiger Speicher vorgesehen. Es könnte sich um Flash-Speicher handeln, eher aber um einen neueren Speichertyp wie RRAM (Restistive RAM, MRAM (Magnetoresistive RAM, Phasenwechselspeicher oder Memristoren. AMD denkt hier offenbar ähnlich wie Intel und Micron, die kürzlich mit 3D Xpoint eine neue Speichertechnik vorgestellt haben, die tausendmal schneller sein soll als die heute für die meisten Speicherkarten wie auch Solid State Drives verwendete NAND-Technik.

Eine weitere Grundlage für die Exascale-Vision von AMD bildet die heterogene System-Architektur (HSA). Dies bedeutet, dass CPUs und GPUs eng zusammenarbeiten, aber unterschiedliche Aufgaben übernehmen, sodass sie ihre jeweiligen Stärken ausspielen können. So eignen sich CPUs besser für serielle, GPUs aber besser für parallele Rechenaufgaben. Die Verteilung soll eine hohe Performance bei geringer Leistungsaufnahme ermöglichen. CPU und GPU nutzen zudem den gleichen Speicherbereich. Dadurch müssen Daten, die übergeben werden, nicht mehr vom Speicherblock des einen in den des anderen kopiert werden. Dank heterogener Warteschlangen können die Recheneinheiten sich auch gegenseitig Aufgaben übermitteln oder selbst zuweisen. In älteren Architekturen war dafür stets nur die CPU zuständig.

AMD wird allerdings noch viele Hürden zu überwinden haben, um sich seinem ehrgeizigen Ziel zu nähern. Der Exascale Heterogeneous Processor wird im Rahmen eines langfristigen Projekts ausdrücklich für künftige Supercomputer entwickelt. Es arbeitet seit mehreren Jahren an diesen Konzepten im Rahmen der vom US-Energieministerium finanzierten Forschungsprojekte FastForward und FastForward2. An ihnen nehmen unter anderem auch IBM, Nvidia, Intel und Cray teil. Ziel ist es, leistungsfähigere und energieeffizientere Supercomputer zu entwickeln.

AMD-CTO Mark Papermaster hofft auf eine erste kommerzielle Anwendung der Forschungsergebnisse im Zeitraum 2020 bis 2023. In der vergangenen Woche ordnete US-Präsident Barack Obama die Entwicklung eines Exascale-Supercomputers mit der hundertfachen Leistung aktueller Systeme an – diese „National Strategic Computing Initiative“ (NSCI) ist auf 15 Jahre angelegt.

[mit Material von John Morris, ZDNet.com]