メニーコアプロセッサ

メニーコアプロセッサは、高度な並列処理向けに設計された特殊な種類のマルチコアプロセッサであり、多数のより単純な独立したプロセッサコア(数十個から数千個以上) が含まれています。メニーコアプロセッサは、組み込みコンピュータや高性能コンピューティングで広く使用されています。

マルチコアアーキテクチャとの対比

メニーコアプロセッサは、最初から高度な明示的な並列処理と、レイテンシとシングルスレッドパフォーマンスの低下を犠牲にしてより高いスループット (またはより低い消費電力) を実現するように最適化されている点で、マルチコアプロセッサとは異なります。

対照的に、より広いカテゴリであるマルチコアプロセッサは、通常、並列コードとシリアルコードの両方を効率的に実行するように設計されているため、高いシングルスレッドパフォーマンス (たとえば、アウトオブオーダー実行にシリコンを多く割り当てる、パイプラインを深くする、スーパースカラー実行ユニットを増やす、より大規模で汎用的なキャッシュを増やす) と共有メモリに重点が置かれています。これらの手法では、実行時リソースをシングルスレッドでの暗黙的な並列処理の解明に充てます。これらは、シングルコアプロセッサから継続的に進化してきた (下位互換性を維持した) システムで使用されます。通常、マルチコアプロセッサには「少数」のコア (2、4、8 など) があり、異機種混合システムでは、マルチコアアクセラレータ( GPUなど)によって補完される場合があります。

モチベーション

キャッシュの一貫性は、マルチコアプロセッサのスケーリングを制限する問題です。メニーコアプロセッサは、メッセージパッシング、^{[1] 、} スクラッチパッドメモリ、DMA、^[2]、パーティション化されたグローバルアドレス空間、^[3]、または読み取り専用/非一貫性キャッシュなどの方法でこれを回避できます。チップ上のネットワークとローカルメモリを使用するメニーコアプロセッサでは、ソフトウェアがタスクの空間レイアウトを明示的に最適化する機会が与えられます（たとえば、TrueNorth用に開発されたツールに見られるように）。^[4]

メニーコアプロセッサは、クラスタやベクトルプロセッサなどの高性能コンピューティングに由来する技術と（概念的には）多くの共通点を持つ可能性があります。^[5]

GPU は、複数のシェーダ処理ユニットを備えたメニーコアプロセッサの一種と考えられており、高度な並列コード (スループットは高いが、シングルスレッドのパフォーマンスは非常に低い) にのみ適しています。

適切なプログラミングモデル

メニーコアシステムのクラス

特定のメニーコアアーキテクチャ

ZettaScaler [1]、日本のPEZY Computing 2,048コアモジュール
MIC ( Many Integrated Cores ) アーキテクチャを備えたXeon Phiコプロセッサ
ティレラ
Adapteva Epiphany Architecture、PGASスクラッチパッドメモリを使用したマルチコアチップ
Coherent Logix hx3100 プロセッサ、HyperX アーキテクチャに基づく 100 コア DSP/GPP プロセッサ
Movidius Myriad 2、マルチコアビジョンプロセッシングユニット（VPU）
Kalray は、データ集約型タスク向けのマルチコアPCI-eアクセラレータです。
メッセージパッシングを使用するメニーコアプロセッサ、テラフロップス研究チップ
TrueNorth は、チップアーキテクチャ上のメニーコアネットワークを備えたAI アクセラレータです。
グリーンアレイは、低消費電力アプリケーション向けのメッセージパッシングを使用するマルチコアプロセッサです。
Sunway SW26010 は、当時のトップ1スーパーコンピュータSunway TaihuLightで使用されていた260コアのメニーコアプロセッサです。
- SW52020は、SW26010の改良型520コア^[8]^[9]で、512ビットSIMD（半精度もサポート）を備え、プロトタイプで使用され、エクサスケールシステム（将来的には10エクサスケールシステム）を想定しており、データセンターダイナミクスによると、中国ではすでに2つの別々のエクサスケールシステムが秘密裏に存在していると噂されている^{[要出典]。}
Eyerissは、組み込みビジョンアプリケーション用の畳み込みニューラルネットを実行するために設計されたマルチコアプロセッサです^[10]
Graphcore、メニーコアAIアクセラレータ

100 万以上の CPU コアを持つ特定のメニーコアコンピュータ

マルチコアプロセッサで構築されたコンピュータの多くは、100 万個以上の CPU コアを個別に備えています。次に例を示します。

暁光は、ExaScalerとPEZY Computingが開発したスーパーコンピュータで、合計 20,480,000 個の処理要素と 1,250 個の Intel Xeon D ホストプロセッサを搭載しています。
SpiNNaker は、 Human Brain Projectの一環として構築された、超並列 (100 万 CPU コア) のメニーコアプロセッサ (ARM ベース) です。

500万以上のCPUコアを持つ特定のコンピュータ

500 万個を超える CPU コアを持つスーパーコンピュータは数多くあります。コプロセッサ (GPU など) も使用されている場合、それらのコアはコア数に含まれませんが、さらに多くのコンピュータがこれらのターゲットに達することになります。

フロンティア
富士通 A64FX ARM ベースのコアを搭載した日本のスーパーコンピュータ「富岳」、合計 7,630,848 個。
Sunway TaihuLightは、超並列（1,000万CPUコア）の中国製スーパーコンピュータで、かつてはカスタムメニーコアアーキテクチャを使用して世界最速のスーパーコンピュータの1つでした。^[要出典] 2018年11月時点で、世界で3番目に速いスーパーコンピュータ（TOP500リストによるランク）であり、それぞれ256コアを含む40,960個のSW26010メニーコアプロセッサからパフォーマンスを獲得しました。

参照

参考文献

^ Mattson, Tim (2010 年 1 月)。「メニーコアコンピューティングの未来: 2 つのプロセッサの物語」(PDF)。
^ ギルバート、ヘンドリー;クレッチマン、マーク。「IBM Cell プロセッサー」(PDF)。
^ Olofsson, Andreas; Nordström, Tomas; Ul-Abdin, Zain (2014). 「Epiphany による高性能でエネルギー効率の高いメニーコアアーキテクチャのキックスタート」. arXiv : 1412.5538 [cs.AR].
^ Amir, Arnon (2015 年 6 月 11 日). 「IBM SyNAPSE Deep Dive Part 3」. IBM Research. 2021 年 12 月 21 日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ 「セルアーキテクチャ」。「Cell アーキテクチャは、これまで市販のマイクロプロセッサで見たことのないもので、マルチプロセッサベクトルスーパーコンピュータに近い設計になっています。」
^ Rick Merritt (2011 年 6 月 20 日)、「OEM が Intel MIC チップを搭載したシステムを発表」、www.eetimes.com、EE Times
^ Barker, J; Bowden, J (2013). 「 OpenMP によるメニーコア並列処理」。低電力デバイスおよびアクセラレータ時代の OpenMP。IWOMP。コンピュータサイエンスの講義ノート、vol 8122。Springer。doi :10.1007/978-3-642-40698-0_4。
^ Morgan, Timothy Prickett (2021-02-10). 「中国のサンウェイエクサスケールスーパーコンピューターを初公開」。The Next Platform 。 2021年11月18日閲覧。
^ Hemsoth, Nicole (2021-04-19). 「中国のエクサスケールプロトタイプスーパーコンピューターがAIワークロードをテスト」。The Next Platform 。2021年11月18日閲覧。
^ Chen, Yu-Hsin; Krishna, Tushar; Emer, Joel; Sze, Vivienne (2016). 「Eyeriss: ディープ畳み込みニューラルネットワーク向けのエネルギー効率に優れた再構成可能なアクセラレータ」。IEEE国際固体回路会議、ISSCC 2016、技術論文ダイジェスト。pp. 262–263。

外部リンク

2010 年 2 月 19 日に公開された Manycore の将来に向けたソリューションの設計 (スライド内にデッドリンクが複数あります)
アイリスアーキテクチャ

[1] Mattson, Tim (2010 年 1 月)。「メニーコアコンピューティングの未来: 2 つのプロセッサの物語」(PDF)。

[2] ギルバート、ヘンドリー;クレッチマン、マーク。「IBM Cell プロセッサー」(PDF)。

[3] Olofsson, Andreas; Nordström, Tomas; Ul-Abdin, Zain (2014). 「Epiphany による高性能でエネルギー効率の高いメニーコアアーキテクチャのキックスタート」. arXiv : 1412.5538 [cs.AR].

[4] Amir, Arnon (2015 年 6 月 11 日). 「IBM SyNAPSE Deep Dive Part 3」. IBM Research. 2021 年 12 月 21 日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[5] 「セルアーキテクチャ」。「Cell アーキテクチャは、これまで市販のマイクロプロセッサで見たことのないもので、マルチプロセッサベクトルスーパーコンピュータに近い設計になっています。」

[6] Rick Merritt (2011 年 6 月 20 日)、「OEM が Intel MIC チップを搭載したシステムを発表」、www.eetimes.com、EE Times

[7] ^ Barker, J; Bowden, J (2013). 「 OpenMP によるメニーコア並列処理」。低電力デバイスおよびアクセラレータ時代の OpenMP。IWOMP。コンピュータサイエンスの講義ノート、vol 8122。Springer。doi :10.1007/978-3-642-40698-0_4。

[8] Morgan, Timothy Prickett (2021-02-10). 「中国のサンウェイエクサスケールスーパーコンピューターを初公開」。The Next Platform 。 2021年11月18日閲覧。

[9] Hemsoth, Nicole (2021-04-19). 「中国のエクサスケールプロトタイプスーパーコンピューターがAIワークロードをテスト」。The Next Platform 。2021年11月18日閲覧。

[10] Chen, Yu-Hsin; Krishna, Tushar; Emer, Joel; Sze, Vivienne (2016). 「Eyeriss: ディープ畳み込みニューラルネットワーク向けのエネルギー効率に優れた再構成可能なアクセラレータ」。IEEE国際固体回路会議、ISSCC 2016、技術論文ダイジェスト。pp. 262–263。