หลังการสาธิตชิประดับ 80 คอร์จากอินเทลด้วยกระแสที่ออกมาเกี่ยวกับการออกแบบ Tiled CPU อย่างต่อเนื่อง ทำให้มีความเป็นไปได้เป็นอย่างยิ่งกว่าเราจะได้เห็นชิปเช่นนี้ในตลาดหลักกันในไม่ช้า ด้วยแนวคิดใหม่ที่ต่างจากการออกแบบชิปแบบมัลติคอร์แบบเดิมๆ ที่ใช้คอร์ความเร็วสูงหลายชุดมาต่อกัน ทำให้ได้ความเร็วที่ดีไม่ว่าจะเป็นการรันโปรแกรมแบบเธรดเดียวในแบบเดิมๆ หรือจะเป็นการรันโปรแกรมแบบหลายเธรดที่ทำให้สามารถใช้งานทุกคอร์ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ แต่การออกแบบ Tiled CPU จะเป็นการออกแบบเพื่อการใช้งานโปรแกรมหลายเธรดโดยเฉพาะ แม้จะทำให้การรันโปรแกรมแบบเธรดเดียวช้าลงไป แต่ประสิทธิภาพในหลายๆ ด้านที่ได้กลับมากลับน่าสนใจเป็นอย่างยิ่ง ก่อนที่ซีพียูในรูปแบบสถาปัตยกรรมเช่นนี้จะมีขายตามห้างไอที เรามาดูกันก่อนดีกว่าว่าการออกแบบชิปแบบใหม่นี้แตกต่างและดีกว่าแบบเดิมๆ อย่างไร

หลังการเปิดตัวชิปแบบมัลติคอร์ไปไม่นาน เป็นที่รู้กันดีว่าการเพิ่มจำนวนคอร์เข้าไปในซีพียูเพื่อเร่งความเร็วเครื่องนั้นจะพบกับขีดจำกัดที่ประมาณ 16 คอร์เนื่องจากคอขวดอื่นๆ เช่น การสื่อสารระหว่างคอร์ การอ่านหน่วยความจำ ตลอดจนข้อจำกัดอื่นๆ เช่นการใช้พลังงานที่สูงขึ้นเรื่อยๆ เพื่อการก้าวข้ามขีดจำกัดเหล่านี้ งานวิจัยใหม่ๆ ตั้งแต่ปี 2004 ถึงปี 2006 ที่ผ่านมาจึงมีการเสนอถึงการออกแบบ Tiled Processor (TP)

ก่อนอื่นเราควรรู้ว่าเทคโนโลยีซีพียูนั้นพยายามประมวลผลแบบขนานโดยโปรแกรมเมอร์ไม่รู้ตัวมาก่อนหน้าที่การออกแบบแบบมัลติคอร์จะได้รับความนิยมเป็นอย่างสูง เช่น Superscalar ที่ตัวซีพียูสามารถตัดสินใจทำงานหลายๆ อย่างพร้อมกันได้โดยผลลัพธ์ไม่แตกต่างจากการทำงานปรกติ หรือจะเป็นเทคโนโลยี VLIW ที่สร้างการทำงานแบบขนานด้วยการให้คอมไพล์เลอร์จัดเรียงคำสั่งให้ซีพียูสามารถดึงเข้าไปทำงานได้ทีละหลายคำสั่งโดยไม่มีผลต่อผลลัพธ์อีกเช่นกัน ปัญหาหลักคือการเพิ่มความเร็วในการทำงานด้วยเทคโนโลยีเหล่านี้มีข้อจำกัดที่ไม่สามารถขยายความเร็วระบบได้อย่างอิสระ และที่แย่กว่านั้นคือการออกแบบเช่นนี้ลดประสิทธิภาพการใช้พลังงานลงเป็นอย่างมาก

การแก้ปัญหาในตอนนี้จึงมีการเสนอการใช้งานซีพียูหลายคอร์ขึ้นมาเพื่อให้ระบบสามารถขยายได้โดยง่าย เช่นการใช้ซีพียูดูอัลคอร์ในทุกวันนี้ ปัญหาคือการเขียนโปรแกรมที่ทำงานแบบเธรดนั้นค่อนข้างยาก และการใช้งานจริงจะมีข้อจำกัดเช่นคอขวดของการส่งผ่านข้อมูลระหว่างคอร์ เนื่องจากทุกคอร์นั้นต้องส่งข้อมูลผ่านบัสร่วมกัน

Tiled Processor แก้ปัญหาทั้งหมดด้วยการออกแบบคอร์ขนาดเล็กจำนวนมาก โดยแต่ละคอร์นั้นมีการเชื่อมต่อกับคอร์ข้างเคียงในรูปแบบตาราง ทำให้ทุกคอร์สามารถส่งข้อมูลไปยังคอร์ข้างเคียงได้ค่อนข้างเร็วมาก

พัฒนาการจากคอร์เดี่ยวมาถึง Tiled Processor

ข้อดีของการออกแบบซีพียูแบบนี้คือการที่ตัวซีพียูแต่ละคอร์สามารถทำงานเฉพาะอย่างได้โดยยังสามารถส่งข้อมูลไปยังซีพียูที่ต้องการประมวลผลอื่นๆ ต่อไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากเส้นทางการส่งข้อมูลที่สามารถออกแบบให้สั้นเข้าด้วยการวางคอร์ที่ต้องทำงานต่อเนื่องกันให้อยู่ติดกัน โดยแบ่งการทำงานออกเป็นกลุ่มๆ ได้ตามความต้องการของซอฟต์แวร์ที่รันอยู่ในเครื่องขณะนั้นๆ นอกจากการแบ่งการทำงานเป็นกลุ่มแล้ว การแบ่งส่วนของซีพียูออกเป็นตารางยังทำให้เมื่อเกิดปัญหาขึ้นกับบางคอร์ในกระบวนการผลิต ผู้ผลิตยังมีโอกาสที่จะปิดการทำงานของคอร์นั้นโดยยังคงส่งชิปตัวนั้นสู่ตลาดได้ ตรงนี้เป็นกระบวนการแบบเดียวกับชิป Cell ของ PS3 ที่มี SPE ทำงานอยู่ 7 ชุดทั้งที่ผลิตไว้บนตัวชิปถึง 8 ชุด เพื่อลดการคิดทิ้งในกระบวนการผลิต

การจัดกลุ่มการทำงานของคอร์ใน Tiled Processor

 ที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งคือการเข้าถึงหน่วยความจำแบบ NUMA ของชิป Terascale ที่ทางอินเทลได้ออกแบบนี้ เป็นการเชื่อมต่อระหว่างหน่วยความจำกับซีพียูแต่ละคอร์โดยตรง จากการผลิตที่เป็นแผ่นเวเฟอร์ประกบกัน ทำให้แต่ละคอร์ของ Terascale สามารถส่งข้อมูลเข้าสู่หน่วยความจำได้ด้วยความเร็ว 40 กิกะไบต์ต่อวินาทีในแต่ละคอร์ เมื่อรวมกันแล้วทำให้ชิป Terascale มีการส่งข้อมูลกับหน่วยความจำด้วยแบนวิดท์สูงสุดถึง 3 เทราไบต์ต่อวินาทีเลยดีเดียว

การผลิตที่วาง DRAM ไว้ใต้ซีพียูโดยตรงทำให้แต่ละคอร์สามารถติดต่อกับแรมได้ด้วยตัวเอง

 ถ้าสังเกตุดูสถาปัตยกรรมของ Terascale แล้วเราอาจจะเห็นความหคล้ายคลึงกับชิป Cell ของ PS3 อยู่หลายประการ โดยความแตกต่างหลักๆ นั้นคือ Cell มีหน่วยประมวลผล PPE ที่เป็นชิปหลักไว้จัดการระบบโดยรวม และการสื่อสาร์ระหว่างคอร์ย่อยๆ นั้นก็เป็นการติดต่อผ่าน Element Interconnection ที่อยู่ตรงกลาง แต่ชิปอย่าง Terascale นั้นกลับมีการกระจายการทำงานออกจากกันทุกอย่างไม่ว่าจะเป็นการที่ชิปไม่มีคอร์ศูนย์กลางโดยแท้จริง หรือจะเป็นการสื่อสารระหว่างคอร์ที่แยกอิสระ

การออกแบบอย่างอิสระเช่นนี้ ทางอินเทลอ้างว่าจะทำให้เครื่องคอมพิวเตอร์ในยุคต่อไปสามารถทำงานแบบขนานได้อย่างสมบูรณ์แบบ ไม่ว่าจะเป็นการรันระบบปฏิบัติการขนานกัน หรือแม้กระทั่งการแตกงานจากเธรดเดียวกันออกไปประมวลผลในหลายๆ คอร์ด้วยความช่วยเหลือของคอมไพล์เลอร์ก็ตาม

การเดโมของทางอินเทลให้ผลลัพธ์ที่ค่อนข้างหน้าตื่นตาตื่นใจ ด้วยการทำความเร็วสูงสุดถึง 1.28 เทราฟลอป แต่กินพลังงานเพียง 62 วัตต์ ทำให้เราหลายๆ คนอาจจะหวังได้ว่าจะมีการพัฒนาความเร็วพีซีในระดับก้าวกระโดดในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า แต่ด้วยการเปลี่ยนรูปแบบไปโดยสิ้นเชิง ทำให้ชิปไม่เข้ากับสถาปัตยกรรม x86 ในทุกวันนี้ และอาจจะทำงานร่วมกับสถาปัตยกรรม x86 ไม่ได้แม้ในวันที่วางจำหน่าย จึงน่าสงสัยว่านวัตกรรมที่หลุดจากกรอบในแบบเดิมๆ ไปมากๆ เช่นนี้จะได้รับการยอมรับรึเปล่า แต่ก็ไม่แน่...

มันอาจจะไปอยู่ใน PS5 ก็ได้ใครจะรู้..... (อย่าลืมเตรียมเก็บเงินนะ ท่าจะแพง :P )

ที่มา - PC Perspective (1, 2)