מאת: אופיר יוגב, אל-גב אלקטרוניקה בע”מ. כיום, מערכות עיבוד תמונה נמצאות כמעט בכל מקום. בין אם זה מערכות מצלמות במעגל סגור המרושתות בקניון, או מערכות זיהוי פנים לאיתור מבוקשים במעברי גבול, הן תמיד שם. כמו בכל תחום, גם בתחום זה התפתחה הטכנולוגיה החל מטכנולוגיות ציוד הקצה (כגון המצלמות) וכלה בטכנולוגיות בחדרי הבקרה.
בעבר המצלמות היו אנלוגיות וכל מצלמה הייתה מחוברת בכבל תקשורת רגיל לחדר הבקרה. התשתית הייתה פשוטה יחסית, אך איכות הצילום והמערכות הייתה ירודה. כחלק מההתקדמות הטכנולוגית, עלתה בהדרגה איכות המצלמות, והיום ניתן להשתמש במצלמות דיגיטליות בעלות רזולוציה של 5 מגה פיקסלים ואיכות תמונה טובה משמעותית לעומת העבר. כמו לכל שיפור טכנולוגי, גם לשיפור זה ישנו עלות. זה שנים רבות שלא ניתן לחבר כל מצלמה בכבל תקשורת רגיל. חוקי הפיזיקה אינם מאפשרים להעביר מידע גולמי כך. על כן, החל מתחילת שנות התשעים ועד היום פותחו אינספור חבילות תוכנה הנקראות דוחסי/פורסי וידאו (Codec). אופן השימוש בחבילות אלו הוא ע”י דחיסה של החומר המצולם הגולמי ביחידת הקצה (במצלמה עצמה או קרוב אליה עד כמה שאפשר), העברת החומר הדחוס לאורך כבל התקשורת לחדר הבקרה, פריסתו מחדש ע”י שימוש באותו Codec והצגתו או כל שימוש אחר בחומר המצולם.
כמו ההתקדמות הטכנולוגית של המצלמות, כך גם התקדמו הדוחסים/פורסים. כל מספר שנים יוצאים לשוק Codecs חדשים ע”י חברות כגון פנסוניק, אפל וכו’. כיום, ה-Codec החדש בשוק הינו HEVC/H.265.
כמו ההתקדמות של דרישות הוידאו כגון כמות חבילות המידע (Streams) וכמות מקורות המידע בנוסף למורכבות של ה-Codecs, נדרשו גם מערכות המחשוב לחשיבה יצירתית ושונה כדי לאפשר יכולות חישוב גבוהות ומהירות.
חברת Tilera הינה חברה שהתאגדה תחת MIT בשנת 1994 ע”י מספר מדענים שהציבו לעצמם מטרה לחרוג מתצורות המעבדים מרובי הליבות הקיימים בשוק, ולייצור מעבדים מרובי ליבות בארכיטקטורה חדשה אשר תהיה בעלת צריכת הספק נמוכה יותר ויכולות גבוהים (כגון עיבוד חבילות מידע רבות במהירות גבוהה יותר), כל זה תוך כדי שמירה על כלי פיתוח סטנדרטיים. לאחר 8 שנות מחקר תחת החממה של MIT הושק מעבד מרובה ליבות לשימוש כללי (General Purpose Processor) על בסיס 16 ליבות. שנתיים מאוחר יותר, בשנת 2004, נוסדה Tilera כחברה מסחרית והחלה להשתמש בכל הידע שנצבר במהלך 8 שנות המחקר הלכה למעשה בפיתוח המעבדים.
החל משנת הקמתה ועד היום, משיקה Tilera דור חדש של מעבדים כל 2-3 שנים. ב-2011 השיקה Tilera משפחת מעבדים חדשה הנקראת Tile GX. כיום המעבדים זמינים בתצורה של 9, 16 ו-36 ליבות ועד אמצע 2013 יהיו זמינים גם בתצורות של 64 ו-100 ליבות.
מבנה המעבד:
היחודיות של Tilera ביחס לחברות אחרות בשוק במעבדים מרובי הליבות הינו במבנה המעבד. בעוד מרבית החברות האחרות בשוק מפתחות את המעבדים שלהן בתצורה המבוססת על אפיק (Bus) או טבעת פיתחה את המעבדים במבנה רשתי (Coherent Mesh). נכון להיום Tilera הינה החברה היחידה בעלת מבנה רשתי (Coherent Mesh). היחודיות במעבדים של Tilera הינה שכל מעבד מורכב ממספר ליבות/אריחים (Tiles משם שם החברה) וכל אריח כזה הינו ליבה אחת. לכל ליבה שכזאת יש את יחידת העיבוד (Processor) ויחידת הזכרון (Cache) כמו בליבות במעבדים אחרים. היחודיות של הליבות האלו הינה יחידת המתג (Switch) הפנימית. כל מתג כזה מחובר לשאר המתגים של הליבות שלצידיו בשמונה ערוצים של 64 ביט ובנוסף גם שמונה ערוצים מהמתג אל המעבד באותה ליבה. מבנה כזה של שמונה ערוצים (64 ביט כל אחד) כפול חמישה חיבורים (ארבעה לליבות השכנות ואחד נוסף למעבד הפנימי) יוצר רוחב פס פנימי של 2 טרהביט! רוחב פס זה מונע מצב של התנגשויות (חשבו על כביש מהיר ברוחב 2 טרה של נתיבים. הסיכוי להגיע להתנגשות הינו קטן מאוד).
ניתן לראות לעיל השוואה בין מבנה המבוסס על Bus או Ring לבין מבנה המבוסס על Coherent Mesh.
איור 1 מבנה הליבות והמעבד
איור 2 שווקי מטרה ודריסת רגל בכל אחד
יכולות המעבד:
כיום, המעבד הכי חזק של Tilera הינו מעבד Tile GX-36 בעל 36 ליבות של 64 ביט. מהירות השעון הנומינלית הינה 1.2GHz, והמעבד מכיל 9Mbytes של זכרון (Cache). מבחינת קישוריות (I/O), למעבד יש חיבורים ל-40Gbps מידע, 48Gbps בחיבורי PCIe Gen.2 ושאר חיבורים נוספים רבים (כגון: USB ,I2C, סריאל וכו’). בנוסף, יש למעבד שני רכיבי חומרה מובנים: mPIPE ו-Mica. מנוע ה-mPIPE הינו רכיב חומרה המאפשר למשתמש לתכנת אליו פקודות אשר על פיהן הוא יקבל את כל המידע הנכנס, ימיין אותו עפ”י סוגו, יחליט לאיזה ליבה להפנות את המידע (או לזכרון) עפ”י עקרונות איזון העומס (Load Balancing) אותם הגדיר המשתמש (כגון: Flow Affinity, Round Robin וכו’). כמו כן, רכיב ה-mPIPE יכול לעבד עד 60 מיליון חבילות מידע בשניה בזמן אחזור (Latency) של פחות מאחד מיקרו שניה! מנוע ה-Mica אחראי על כל נושאי האבטחה וההצפנה (כגון: Crypto, IPSec, SSL וכו’). יכולות האבטחה וההצפנה ע”י 2 מנועי ה-Mica הינם 30Gbps של Crypto ו-10Gbps של דחיסה ופריסה. כל העבודה הנ”ל מבוצעת ע”י מעבד אחד של 36 ליבות בעל צריכת הספק מקסימלית של 25W! כאשר משווים יכולות עיבוד, ישנם מקרים בהם הפתרון של Tilera נותן את אותן יכולות, בכמות ציוד וצריכת הספק קטנה בהרבה דבר אשר חוסך בהספק, במקום על הכרטיס ועל כן, גם בעלות.
בחזרה לעיבוד תמונה. מעבד אחד של Tile GX-36 יכול לעבד 7 חבילות מידע ברזולוציית 1080 ומהירות במצב דחיסה (Encode) ועוד להשאיר מספר אריחים לניהול, תקשורת, איחוד של ציוד אחר במערכת (כגון: FPGA, ASIC וכו’) או לפרוס אחד נוסף. אותו מעבד יכול לעבד 3-4 חבילות מידע (Streams) H.265 ברזולוציית 1080 ומהירות במצב דחיסה (Encode) ועוד להשאיר מספר אריחים לניהול, תקשורת, איחוד של ציוד אחר במערכת או לפרוס אחד נוסף. חשוב לציין ש-H.265 איננו סטנדרט סגור עדיין, ועל כן הנתונים הנ”ל הינם חישובים המבוצעים על בסיס H.264. כמובן שבנוסף למעבדים אחרים, יש לנו אפשרויות להחליף DSPs ו-GPUs בחלק מהסביבות.
שווקי מטרה
כיום, יש ל-Tilera כ-80 פרויקטים עולמיים במגוון רחב של שווקים. היתרונות והיכולות של המעבדים שפורטו כנ”ל מושכים חברות רבות אשר בעבר השתמשו במעבדים מחברות אחרות, והיום מפתחים את מוצריהן על בסיס המעבדים של Tilera.
נכון להיום, שווקי המטרה המרכזיים של Tilera הינם שוק ה-Networking, שוק העיבוד תמונה ושוק המחשוב ענן. שלושת שווקים אלו מנצלים את היתרונות של המעבדים של Tilera.
מכיוון שהלקוחות הינם מגוונים, Tilera יכולה להציע את המעבדים שלה בשלושה דרכים:
1. מעבד – בעיקר נוגע ללקוחות חומרה אשר מפתחים את החומרה והכרטיסים שלהם, ועל כן ירכשו מעבדים כדי להרכיב בעצמם בתוך המוצר שלהם.
2. כרטיס PCIe – מאפשר ללקוחות הפועלים כאינטגרטורים, או לקוחות אשר לא מפתחים את הכרטיס שלהם בעצמם. כך הם יכולים לרכוש כרטיס ולהכניס אותו ליציאת ה-PCIe במוצר מארח (Host). ניתן להשתמש בכרטיס ללא Host ע”י חיבור ספק כוח חיצוני .
3. מוצר סגור (Appliance) – מוצר זה פונה בעיקר ללקוחות תוכנה אשר רוצות להנות מיכולות העיבוד של Tilera אך אין להם יכולות פיתוח חומרה. כיום יש לנו מוצרים בעלי 288 ליבות בגודל 1U!
המעבר לשימוש במעבדים של Tilera דורש בעיקר שינוי מחשבה מהמחשבה המסורתית של מעבדים מבוססים Bus או Ring למעבדים מבוססים Coherent Mesh. מעבר לכך, המעבר הינו פשוט וקל, הן למהנדסי החומרה המתכננים את המוצרים, והן לאנשי התוכנה הנדרשים להתאים את התוכנה למעבד החדש.
לסיכום
המעבדים של Tilera הינם בעלי יכולות גבוהות מחד וצריכת הספק נמוכה מאידך. נתונים אלו, בנוסף לעוד רבים אחרים, הינם הערך המוסף של שימוש במעבדים של Tilera. כיום, מעבדי Tilera נמצאים בפרויקטים רבים ברחבי העולם, ו-Tilera משקיעה רבות הן בהתאמת המעבדים לצרכי הלקוחות והשוק, והן בהמשך פיתוח הדור הנוכחי (כאמור מעבדים על בסיס 64 ו-100 ליבות מתוכננים לצאת לשוק לקראת אמצע 2013) ותחילת פיתוח הדור הבא.
אופיר יוגב הינו מנהל קו המוצרים של חברת Tilera בישראל המיוצגת בלעדית ע”י אל-גב אלקטרוניקה בע”מ.
