192 ליבות עיבוד גרפיות מעולם ה-Supercomputer מגיעות לעולם האמבדד במודול COM Express

מחשוב בתעשייה –
X86 Vs. ARM
מחשוב בתצורות שונות מזה שנים רבות מתבסס לרוב על מעבדי X86. עם התחזקות מעבדים מבוססי ARM, ניתן לראות עלייה בשנים האחרונות בכמות המוצרים והמערכות מבוססי ARM עבור לקוחות OEM בשלל הפלחים בתעשייה: Automotive, Avionics, Biomedical, Defense, Digital Signage, Home Automation, E-Health Tele care, Energy, Gaming, PDA Electronics, Home Entertainment, Industry, Measuring Instruments, Robotics, Surveillance, Telco, Transport, Wellness, שרתים ועוד.
מעבדי X86 נולדו בשנות ה-80 ונפוצים מזה עשרות שנים בשוק. בזכות זאת מתאפשרת בניית אפליקציה מהירה וכמובן גם יכולת קניה ממספר רב של יצרנים. מעבדי X86 נכנסו יחסית מאוחר לשוק ה-Mobile, בעיקר מכיוון שמוצרי Mobile מאלצים הספקים נמוכים ותמיכת מערכת הפעלה אנדרואיד.
כאן נכנס ה-ARM לתמונה. ה-ARM מאפשר למתכנתים IP פתוח, זהו RISC טהור, שצריך פחות הספק, פחות טרנזיסטורים, פחות רגיסטרים עם יותר מהירות עיבוד. ה-ARM מוטמע במעבדים של יצרנים מובילים כגון Nvidia, TI, Freescale, Marvell. למעבד מבוסס ARM יש גישת מיקרוקונטרולר וקל לתכנת אותו לאפליקציה ספציפית, כך ניתן למצוא מעבד מתאים בהתאם לאפליקציה ותקציב. לכל יצרן מעבד המבוסס על ARM יש תוכנה ייעודית עם Core-ים המוקדשים לוידאו/לאודיו/להצפנה ומשימות נפוצות רבות. עם התקדמות התעשייה ממעבד X86 מסורתי ל-ARM, קם בשוק שפע של מתכנתי תוכנה שמכירים מעבדי ARM, כך שבשנים האחרונות ה-ARM הופך לשכיח יותר ויותר. ארכיטקטורת ARM תומכת במערכות הפעלה Linux, Android ואף לעיתים באחת או יותר ממערכות ההפעלה של Microsoft.

תכנון מוצר/מערכת מבוסס/ת מחשוב
בעבר מרבית המערכות והמוצרים תוכננו על-בסיס מחשב, בדומה למחשבים הביתיים. שיקולי הבחירה בפלטפורמת מחשוב לרוב מבוססים על חוזקת המעבד, עלותו, אפיקי התקשורת, הקישוריות הנדרשת, הממשקים, הגודל הפיזי, עמידה בתנאי סביבה, לרבות טמפרטורה, וכמובן שקלול של כל הפרמטרים שהוזכרו מול עלות.
הסטנדרטים המובילים בתחום ה-Embedded בתצורת לוח עצמאי הינם ATX, microATX, Mini-ITX, Nano-ITX, 3.5’’ and ECX. כמובן קיימים גם סרוורים ו-Appliances. כל אלו משווקים לתעשייה מיצרני מחשוב מובילים וכוללים עזרת הספק והנציג בארץ באינטגרציה זמן יישום המוצר החדש (NPI), אחריות, שירותי תיקונים והחלפות (RMA ו-DOA), המשכיות תצורה בדורות המחשוב הבאים, אורך חיים ארוך שנע מ-7 ועד 15 שנים, דבר המאפשר לחברות לספק שירות תחזוקה למערכות שסופקו ללקוחות לאורך שנים, בשונה ממחשוב Commercial הזמין לרכישה בזמן הקניה ולרוב עד 3 שנים מקסימום.
תהליך הפיתוח אורך לרוב בין שנה ל-3 שנים. במגזר הרפואי לאור תהליכי FDA ארוכים, ניתן גם לראות מעגלי פיתוח האורכים 5 שנים. יצרני המעבדים מתקדמים בהליכי הייצור ובטכנולוגיה, כך שניתן לראות מעבדים חדשים ו-Road map של מעבדים חדשים מכל יצרן כל שנה. לצד התקדמות זו ולאור קצב הפיתוח הטבעי בתעשייה נוצר מצב בו פלטפורמת המחשוב שנבחרה בתחילת התהליך כבר אינה עדכנית בסופו של תהליך הפיתוח ואז יש לאפיין את המחשוב מחדש, דבר שגורר שינויים במערכת בצד המכניקה והחומרה ולעיתים גם בצד התוכנה. במקביל, מרבית הלקוחות משנים את הדרישות מהמוצר. שלושת הגורמים שהוזכרו הביאו לגישת פיתוח מבוססת מודולים.

תכנון מבוסס מודולים
תכנון מבוסס מודולים מהווה למעשה “מיני-אינטגרציה” בין שני כרטיסים. האחד הינו מודול Off-The-Shelf הכולל מעבד, זיכרונות וקונקטור/ים. השני זהו כרטיס עם קונקטורים נגדיים שהלקוח מתכנן ובו מיושמים ה-IP של הלקוח, אפיקי התקשורת, הקישוריות הנדרשת והממשקים, כלומר כל פרמטרי המחשוב מלבד המעבד והזיכרון.
זהו קונספט המחליף את לוח המחשוב המסורתי בשני לוחות ומאפשר ללקוח גמישות תכנונית של ההתמחות שלו ואפשרות החלפת ה”מוח”, קרי הכרטיס הנושא את המעבד, בכל פעם שמושק דור מעבדים חדש. בצורה זו חברות יכולות לדלוור מוצר/מערכת חדשני/ת עם ערך מוסף ו-Time-To-Market.
יש מודולים בסטנדרטים שונים אשר המובילים בעלי ותק ו-Deployment של מליוני יחידות הם Com Express ו-Qseven. הסטנדרט מגדיר את המכניקה, הגודל, המחברים ואת ה-Embedded API. מרבית מודולי ה-Com Express מכילים מעבדי X86 ואילו מרבית מודולי ה-Qseven מכילים מעבדים מבוססי ARM. הסיבה העיקרית לכך הינה הגודל הפיזי. ככל שהמודול גדול יותר כך ניתן לפזר עליו יותר הספק. מעבד מבוסס ARM מצטיין בצריכת הספק נמוכה ומסיבה זו מתאפשר לשבץ אותו על מודול קטן יותר.

המעבד החדש של Nvidia – Tegra K1
Nvidia שחררה את הדור החמישי של ערכות השבבים שלה למובייל, מעבד Tegra K1. למעבד שתי גרסאות.
הראשונה מכונה “Logan”. היא מכילה מעבד 32-bit מרובע-ליבות בקצב 2.3GHz המבוסס על ארכיטקטורת ARM Cortex-A15, שלצידה ליבה נוספת חלשה יותר שתפעל כאשר אין צורך ביכולות עיבוד גבוהות, על-פי עיקרון ה-®big.LITTLE ARM.
מעבד ™ARM® Cortex®-A15 MPCore הינו מנוע בעל ביצועים גבוהים, אחד לפני ה-ARM® Cortex®-A17. מעבד זה מספק גמישות ויכולת עיבוד חסרות תקדים, בעל טכניקות הפחתת צריכת חשמל מתקדמות, ומאפשר מוצרים מרתקים במגוון רחב של שווקי ARM חדשים וקיימים.
מתוך בלוג באתר של חברת Nvidia: “אנחנו לא יכולים להגיד שעשו את זה. או איך בדיוק. אבל אנחנו יכולים לספר לך את זה: זה לא היה כרוך בחייזרים. כמו כן, אנו יכולים להגיד לך למה אנחנו שכרנו אמנים מהטובים ביותר בעולם כדי לשים את התמונה של המעבד הנייד האחרון שלנו בשדה שעורה ליד סלינס, קליפורניה, שעתיים דרומית לסן פרנסיסקו. אנחנו פשוט לא יכולים לחשוב על שום דרך אחרת להסביר כי המעבד החדש שלנו Tegra K1, עם 192 ליבות גרפיקה, יכול לעשות דברים שאף טכנולוגיה אחרת – בעולם הזה, לפחות – יכול. חלק מהאפשרויות נראות כלקוחות היישר מעולם המדע הבדיוני. כמו מערכות ראייה רובוטית מתקדמות שיכולות להיכנס לתוך מכוניות.
אלו ליבות גרפיקה המאפשרות כמות מדהימה של כוח במארז קטן במיוחד. הן משתמשות באותה ארכיטקטורת Kepler Parallel Computing Platform, המשמשת להאצת חלק ממחשבי העל החזקים ביותר בעולם, וכוח שבבי הגרפיקה המוטבע בכרטיסים הגרפיים GTX GeForce שלנו.
הליבות הגרפיות של ה-Kepler יכולות גם לנצל את פלטפורמת המחשוב המקביל CUDA, אשר בשימוש על ידי מדענים, כדי לדמות את הזרמים של חלקיקים בין כוכביים שפוצצו החוצה מגלקסיות וחורים שחורים”.
הגרסה השנייה מכונה “Danver”. גרסה זו מכילה מעבד 64-bit המבוסס על ארכיטקטורת ARMv8. מדובר במעבד בעל ליבה כפולה, בו כל ליבת “Super Core” תעבוד בתדר מרבי של 2.5GHz עם עוצמת עיבוד גבוהה מאד, הטוענת לכתר של המעבדים החזקים ביותר הקיימים כיום בשוק.

מודול COM Express המבוסס על המעבד החדש Tegra K1 של Nvidia
חברת SECO, המיוצגת על-ידי דנאל טכנולוגיות, עומדת להוציא מודול COM Express המבוסס על Tegra K1.

ערכת פיתוח –
Tegra K1 Embedded Development Kit
דנאל טכנולוגיות מייצגת את חברת Portwell, אחת מתוך שלושת חברי Intel Premier Embedded Partners ואת SECO, אשר יחד מובילים בתחום מודולי COM Express ו-Qseven. דנאל טכנולוגיות מתמחה בתחום המחשוב על בסיס מעבדי X86 ו-ARM, בפיתוח, באינטגרציה ובשלל פתרונות מודולים Embedded ב-Form Factors מגוונים ולרשותה ערכות פיתוח על בסיס הטכנולוגיות המתקדמות של Intel, Freescale ,TI ,AMD ו-Nvidia המוצעות למהנדסים בשלב הפיתוח.
לדנאל טכנולוגיות יש ידע וניסיון נרכש רב ממספר גדול של פרוייקטים מבוססי מודולים הן בתחום האזרחי והן בתחום הצבאי הדורש עמידה בטווח טמפרטורה צבאי ובתנאי סביבה.
ערכת פיתוח מבוססת NVIDIA Tegra K1 Mobile Processor Quad-core, 4-Plus-1™ ARM® Cortex – A15 MPCore™ processor with NEON technology זמינה להתנסות.
לפרטים נוספים בקרו באתר החברה.