מפעל אינטל קריית גת / צלם: איל יצהר
כנראה שגם חברות חדשניות ומצליחות זקוקות מפעם לפעם לתרועת השכמה מבהילה כדי לצאת מהמוסכמות הישנות ולהבין שהן מובילות למבוי סתום, או לפחות לפקק תנועה מדכא. במהלך שנות ה-90 ותחילת המאה הנוכחית אינטל התנערה מכל יומרה לפתח ארכיטקטורת מעבדים חדשה, שתחליף את X86 העתיקה. בעיקשות שמזכירה את האובססיה של מיקרוסופט עם Windows - ובמידה רבה נובעת מהסינרגיה בין שתי החברות - הנהלת אינטל החליטה ש-X86 טובה לכל משימה. החל בטלפונים חכמים וכלה במחשבי-על הארכיטקטורה המיושנת שגובשה לפני יותר מ-30 שנה עדיין הולמת, משום ש"השוק לא סובל תהפוכות וחייבים לשמור על תאימות לאחור".
התפיסה הזאת, שאפשר לתאר אותה כאסטרטגיית Brute Force קיצונית ("מה שלא הולך בכוח, ילך ביותר כוח"), נשענת על שתי רגליים, אחת בריאה והשנייה רועדת:
- הרגל הבריאה היא טכנולוגית היצור של אינטל, המאפשרת לה לנצח במבחני הביצועים פשוט על ידי דחיסת יותר ויותר טרנזיסטורים על כל סמ"ר של סיליקון ולהריץ אותם מהר יותר ויותר. כמו אצל יצרני הרכב האמריקאיים, העיקרון הוא "לעזאזל היעילות, העיקר נפח המנוע". לדוגמה, התשובה שלה לחוסר ההצלחה של Itanium היא - להכפיל את מספר המנועים ונפח המטמון. בגרסה העדכנית של המעבד המאכזב בנויים על השבב למעלה מ-3 מיליארד טרנזיסטורים! הישג טכנולוגי מדהים שמסתיר כישלון ארכיטקטוני לא פחות משמעותי.
- הרגל החולה היא היסטוריה של חוסר הצלחה. במקביל לניצחון הכמעט הטוטלי של X86 על ארכיטקטורות שרתים מתחרות, כמו Power של יבמ ו-Sparc של סאן, אינטל נחלה תבוסה בכל החזיתות האחרות של מעבדים: ארכיטקטורת ARM חיסלה את משפחת המעבדים "המשובצים" של אינטל i960; הניסיון הראשון שלה לחדור לשוק הטלפונים החכמים הסתיים במחיקת השקעה מסיבית (רכישת DSP/C הישראלית); אינטל אפילו לא ניסתה לתת מענה הולם לאתגר של nVidia ו-AMD בתחום הגרפיקה רבת-ביצועים - וכמובן, הפצע המדמם שגרם פרויקט Itanium מסרב להגליד.
פרת-על חולבת לעד
אז מה הפלא, שהנהלה עסקית מוטת שיווק, כפי שמגולמת בפול אוטליני ומקורביו, תיצמד באדיקות לפרה החולבת הזקנה והנאמנה ביותר ברפת? הנהלת אינטל מתייחסת למותג X86 כפי שהנהלת קוקה קולה מתייחסת למותג שלה - ישות רבת עוצמה, כמעט מיסטית, עמידה ללא חת בפגעי הזמן ובאתגרי התחרות, שאסור להחלישה על ידי מהילה במותגים אחרים או כתוצאה מגיוון יתר של תת-מותגים. אפשר להסכים לגרסת Light עבור מחשבים ניידים, או למארז "משפחתי" עבור שרתים, אבל הטעם חייב להישאר בדיוק אותו הדבר. אלא שמסתבר כי אסטרטגיה מנצחת בשוק המשקאות הקלים לא מבטיחה תוצאות דומות בשוק הטכנולוגי.
וגם החלום הרטוב של יצרני ביגוד, One Size Fits All אינה תופס כאן. הגיוון העצום של יישומי עיבוד דיגיטלי מחייב גיוון מקביל של מבחר מנועי הסיליקון. הנהלת אינטל היוצאת לא הפנימה את התובנה הזאת ולכן החברה איבדה לאחרונה את מקומה בראש שרשרת המזון של יצרני השבבים.
כמובן שלא רק "ראשי עצם" (Boneheads) עובדים בסנטה קלרה ולא בכל מאבקי הכוח הפנימיים מנצחים השמרנים. וכך נוצרו בחומת האחידות של אינטל מספר סדקים המספקים בתי גידול לתפיסות חדשות יותר. הראשונים שיצאו ממעבדות הפיתוח לאולמות היצור הם בני משפחת Atom, משפחה המתייחסת לשבט X86 אך מרשה לעצמה לשמור על צניעות והסתפקות במועט.
מעבדי Atom פותחו בתפיסת "להשיב עטרה ליושנה", לספק רק את היכולות החיוניות למכשירים ניידים דוגמת טלפונים ומחשבי-לוח (Tablet), וכך לחזור לממדים ולצריכת ההספק המזערית שאפיינה מיקרו-מעבדים (Micro-Processors) בתחילת הקריירה. סדק נוסף, שהתגלה רק בחודש האחרון, הוא Xeon Phi, ממשפחת מעבדים ייעודית לשיבוץ במחשבי-על (Super Computers), בהם חלק ניכר מעומסי העבודה מאופיינים בתהליכים "ווקטוריים".
עיבוד ווקטורי בקנה מידה מסיבי
המונח "תהליך ווקטורי" מתייחס להפעלת סדרה אחידה של פעולות חישוב ולוגיקה על כמות גדולה של נתונים. תהליכים אלה נוחים במיוחד לעיבוד מקבילי (Parallel Processing) והם לא נזקקים לתחכום מיוחד בניחוש "מה הפעולה הבאה שצריך לבצע?" מאז "פנטיום 2" גם מעבדי X86 כוללים "מנוע עזר" לטיפול בחישובים אלה, אך הוא מהווה בסך הכל "תוספת" פיקנטית למנה העיקרית והקונבנציונלית של "עיבוד פקודות מורכבות" (CISC). התפיסה הזאת קבילה ביישומי PC ותחנות עבודה ניידות, משום שזה גם האופי של יישומים משרדיים, על שולחן העבודה האישי ובחדר השרתים - אבל לא לשימושים האופייניים של "מחשוב רב עוצמה" (HPC), הנדרש ביישומים מדעיים, הנדסיים ופיננסיים.
מחשבי העל זקוקים למנועי עיבוד ווקטורי עוצמתיים, שיבצעו אלגוריתמים מתמטיים רפטטיביים על מסות נתונים ענקיות. זה אופי העבודה במחקר ביולוגי (איתור גנים בשרשרות בסיסי DNA והדמאת המבנה המרחבי של חלבונים), בפיזיקה של אנרגיות גבוהות (למיין את החלקיקים הנוצרים במאיץ של CERN), בחיפושי נפט (ניתוח ססמוגרפי של הדים המוחזרים מעומק האדמה), במודלים אקלימיים לחיזוי מזג האוויר ובניתוח זרימת נוזל "מתערבלת" (טורבולנטית).
מחשבי העל החזקים בעולם - יש פחות מתריסר בליגת העל של אלה שמסוגלים לבצע מעל טריליארד פעולות חישוב בשנייה (Peta FLOPS) - נזקקים למאות אלפי מעבדים שיחלקו ביניהם את העבודה. חלק מהמעבדים האלה הם מהסוג "הסקאלרי", מתוצרת אינטל, AMD או יבמ, אבל בין רבע לחצי מהמעבדים בנויים להתאמה עם תפיסת העיבוד הווקטורי. בדרך כלל מימוש המרכיב הווקטורי נעשה על ידי מאיצים גרפיים מהסוג שאפשר למצוא על כרטיסי גרפיקה יקרים לתחנות עבודה (מוכרים בשם Tesla), שבבים המיוצרים על ידי NVidia.
במאיצים אלה כוללים מספר גדול מאוד של "ליבות" עיבוד אך הפקודות המיוחדות (בעיקר פעולות אריתמטיות בנקודה צפה) שהליבות מצייתות להן אינן רבות ומורכבות כמו אלה של המעבדים הראשיים. באופן לא מפתיע, חוסר העניין של אינטל במעבדי גרפיקה עוצמתיים מאוד הביא לכך שבליגת העל של מחשבי-על תמצאו נוכחות חזקה ולא אופיינית של AMD, חברה שכן מושקעת עמוק בזירה הגרפית. אלוף האלופים, מחשב על בשם טיטאן מתוצרת Cray, כולל 18,688 מעבדי AMD Opteron עם 16 ליבות לכל אחד ועוד 18,688 מעבדים גרפייםNVidia Tesla עם 2,496 ליבות אחד. וזו כבר פגיעה תדמיתית שאי אפשר לעבור עליה במשיכת כתף.
מהדגמת טכנולוגיות למרכז המחשוב המדעי של טקסס
כדי להציג אלטרנטיבה משכנעת נכנסה אינטל לפני מספר שנים לפרויקט "הדגמת טכנולוגיות" בשם Many Integrated Cores ארכיטקטורה מרובת ליבת שתיתן משמעות חדשה למושג "עיבוד מקבילי מסיבי". ההכרזה החודש על התחלת האספקה המסחרית של משפחת Xeon Phi היא למעשה הכרזה על כך שאינטל לא תעמוד יותר מנגד כאשר מתחרות שלה מצליחות למלא "גומחות" שאי אפשר לסתום עם המעבדים הקונבנציונליים שלה.
השבבים שנחשפו החודש כוללים 60 ליבות כל אחד וניתן להריץ בו-זמנית שני "נימים" (Threads) בכל ליבה, אך עם זאת לא צריך לקודד את האפליקציות מחדש עבור מעבדי Phi. משפחת Xeon Phi מוגדרת "כמעבדי עזר", Co-Processors, מילה שיצאה מהלקסיקון של אינטל לפני כמעט 20 שנה, כאשר המעבד המתמטי היגר סופית לאותה פיסת סיליקון שמארחת את המעבד הראשי.
בניגוד למאיץ הגרפי שנמצא על שבבי Core בדורות האחרונים, את Xeon Phi אי אפשר לדחוף לפינה מיותמת על שבב Xeon רגיל. משום שמדובר בשבב ענק ולו צריכת הספק מבהילה. בגרסה הראשונה שלו, שתצא לשוק בינואר 2013 (מספר זיהוי 3100), המעבד החדש נזקק ל-300 וואט הספק חשמלי! זה מספר גדול פי 3 לפחות ממה שניתן להעמיס על המארז של Xeon (שחייב, בנוסף, לפזר את ההספק של ה-CPU עצמו, שיכול להגיע עד 130 וואט). מאוחר יותר ב-2013 תצא גם גרסה דיאטטית יותר, בעלת מספר זיהוי 5110P, שתסתפק ב-225 וואט, וגם היא תגיע במארז מתכתי שכולל מפזר חום מסיבי.
ריבוי הליבות אומר שבהרצת אלגוריתם מתמטי המנצל את כולן אפשר להגיע לקצב "טחינת מספרים" של למעלה מ- Tera-Flops על שבב Xeon Phi יחיד. להמחשה, זה יותר מפי 100 מהמהירות שתשיגו מהמעבד המותקן במחשב השולחני החזק ביותר שזמין לרכישה "מעל למדף".
במחשב-על דוגמת Stampede שנבנה עבור אוניברסיטת טקסס, למשל, אמורים להיות מותקנים 6,400 מעבדי Xeon Phi בנוסף על מספר דומה של מעבדי Xeon מהסדרות הקונבנציונליות. היעד היוקרתי של אינטל: להיות הראשונה שתשבור את רף ה-Exa-FLOPS, כלומר תניע מחשב-על עתידי שיבצע "10 בחזקת 18" פעולות בשנייה! אם תנסו לעבור את הרף הזה באמצעות אשכול מחשבים המבוססים על מעבד Core i7, למשל, תזדקקו לכמאה מיליון מעבדים!
חוק המספרים הגדולים מאוד
כדאי לנסות להמחיש את המספר הפנטסטי הזה. בטכנולוגיות הזיווד הנוכחיות תוכלו לארוז כ-200 מעבדים בארון זיווד סטנדרטי שרוחבו 19 אינטש וגובהו 42 יחידות (U). כלומר, תזדקקו למערך של כחצי מיליון ארונות, שתופסים לפחות רבע מיליון מטר מרובע שטח ריצפה! דמיינו שאתם נכנסים ל-Data Center שאורכו ורוחבו הם כחצי קילומטר וכולו גדוש בארונות דחוסים ב"להבים" (Blades, מודולים שטוחים שממלאים את הארון). הרעש מחריש אוזניים משום שכול המאווררים עובדים בטירוף - בזמן שמערכת הקירור מנסה לסלק את החום שנוצר על ידי המפלצת הדיגיטלית, שזוללת חשמל ככל שחברת החשמל הישראלית מסוגלת לספק.
הזוי לגמרי, תגידו בוודאי, ואכן אין סיכוי שמישהו ינסה זאת למרות שמדובר בהכפלה פי 100 "בלבד" של העוצמה של שיאני מחשוב העל בימינו. אבל אין מקום ליאוש. אם מתווה "חוק מור" ימשיך לאפיין את התפתחות הטכנולוגיה גם בשנים הקרובות, נוכל לחזות בפריצת הרף תוך 7 שנים. ההישג יהיה קרוב מאוד לגבולות הטכנולוגיה כפי שאנו מכירים היום, אבל זה לא מדע-בדיוני. אפילו לא נזדקק להחליף את הסיליקון בחומרים אקזוטיים, את הטרנזיסטורים בהתקנים קוואנטיים ואת "ארכיטקטורת פון ניומן" במעבדי DNA.