La última generación de consolas ha traído 2 procesadores que han introducido cambios importantes en la forma de diseñar procesadores de proposito general que se ha mantenido hasta ahora. Por una parte, el procesador de la Xbox360 (Xenon), al que hemos dedicado una entrada en esta blog y por otra el procesador Cell desarrollado por IBM, Sony y Toshiba. Este es el aspecto que tiene el Cell:
Como puede verse el diseño es muy diferente al del procesador Xenon, ya que aunque tiene varios núcleos, estos son heterogéneos. Sin embargo, el objetivo de los 2 procesadores no es tan diferente.
El PPE (Power Processor Element) del procesador Cell es muy parecido a un núcleo del Xenon. Ejecuta instrucciones en orden y puede ejecutar 2 hilos simultáneamente. También está basado en la tecnología PowerPC y funciona a la misma velocidad. También tiene la tecnología VMX. La memoria caché del PPE también tiene 2 niveles, con 32 KB para instrucciones y 32 KB para datos en la caché de nivel 1 y 512 KB en la de nivel 2. Como se puede ver este núcleo es bastante similar a un núcleo del procesador Xenon.
El diseño del procesador de la Xbox está pensado para ejecutar aplicaciones que procesan grandes cantidades de datos y para ello se han dispuesto 3 núcleos que funcionan a velocidades de reloj elevadas con unidades vectoriales potentes pero que no dejan de ser procesadores de propósito general. En el Cell el objetivo es el mismo, proporcionar mucha potencia de calculo para este tipo de aplicaciones pero para ello se han añadido al diseño procesadores mucho más especializados. Estos son los llamados SPE (Synergistic Processing Elements).
Los núcleos SPE tienen ciertas características que los hacen especialmente potentes para algunos cálculos a cambio de simplificar al máximo su diseño. Cada uno de estos nucleos tiene 128 registros de 128 bits y es capaz de hacer 4 operaciones de coma flotante de precisión simple en un ciclo de reloj. Un SPE tiene una memoria local de 256 KB , ejecutan las instrucciones en orden, carecen de caché y de predicción de saltos. Una unidad tiene un pico teórico de 25.6 GFLOPS, sin embargo el rendimiento con (por ejemplo) código con muchos saltos condicionales se reduce drásticamente. Este tipo de código debería ejecutarse en el PPE.
En ambos casos los procesadores dejan bastante responsabilidad al programador y al compilador que deben asegurarse de generar código paralelizado que utilice los recursos del procesador en cuestión adecuadamente. En el caso del Cell el hecho de tener núcleos heterogéneos y en el caso de los SPEs muy especializados en cierto tipo de cálculos, obliga a un esfuerzo mayor a la hora de decidir cómo realizar la división y adaptación de un programa en hilos, teniendo en cuenta en qué tipo de núcleo deben ejecutarse. Mientras tanto en el Xenon todos los núcleos son iguales y la división y adaptación es más sencilla. A cambio, el procesador Cell puede conseguir un rendimiento altísimo si se programa adecuadamente para él.
Patxi Astiz
Como puede verse el diseño es muy diferente al del procesador Xenon, ya que aunque tiene varios núcleos, estos son heterogéneos. Sin embargo, el objetivo de los 2 procesadores no es tan diferente.
El PPE (Power Processor Element) del procesador Cell es muy parecido a un núcleo del Xenon. Ejecuta instrucciones en orden y puede ejecutar 2 hilos simultáneamente. También está basado en la tecnología PowerPC y funciona a la misma velocidad. También tiene la tecnología VMX. La memoria caché del PPE también tiene 2 niveles, con 32 KB para instrucciones y 32 KB para datos en la caché de nivel 1 y 512 KB en la de nivel 2. Como se puede ver este núcleo es bastante similar a un núcleo del procesador Xenon.
El diseño del procesador de la Xbox está pensado para ejecutar aplicaciones que procesan grandes cantidades de datos y para ello se han dispuesto 3 núcleos que funcionan a velocidades de reloj elevadas con unidades vectoriales potentes pero que no dejan de ser procesadores de propósito general. En el Cell el objetivo es el mismo, proporcionar mucha potencia de calculo para este tipo de aplicaciones pero para ello se han añadido al diseño procesadores mucho más especializados. Estos son los llamados SPE (Synergistic Processing Elements).
Los núcleos SPE tienen ciertas características que los hacen especialmente potentes para algunos cálculos a cambio de simplificar al máximo su diseño. Cada uno de estos nucleos tiene 128 registros de 128 bits y es capaz de hacer 4 operaciones de coma flotante de precisión simple en un ciclo de reloj. Un SPE tiene una memoria local de 256 KB , ejecutan las instrucciones en orden, carecen de caché y de predicción de saltos. Una unidad tiene un pico teórico de 25.6 GFLOPS, sin embargo el rendimiento con (por ejemplo) código con muchos saltos condicionales se reduce drásticamente. Este tipo de código debería ejecutarse en el PPE.
En ambos casos los procesadores dejan bastante responsabilidad al programador y al compilador que deben asegurarse de generar código paralelizado que utilice los recursos del procesador en cuestión adecuadamente. En el caso del Cell el hecho de tener núcleos heterogéneos y en el caso de los SPEs muy especializados en cierto tipo de cálculos, obliga a un esfuerzo mayor a la hora de decidir cómo realizar la división y adaptación de un programa en hilos, teniendo en cuenta en qué tipo de núcleo deben ejecutarse. Mientras tanto en el Xenon todos los núcleos son iguales y la división y adaptación es más sencilla. A cambio, el procesador Cell puede conseguir un rendimiento altísimo si se programa adecuadamente para él.
Patxi Astiz
Es una pena que tantos pocos juegos de PS3 se hayan compilado lo mejor posible. Claro que la diferencia de rendimiento supera con creces a los juegos multiplataforma.
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