Cell (suoritin)

Cell on Sonyn, Toshiban ja IBM:n STI-allianssin kehittämä suoritin, jota käytetään PlayStation 3 -pelikonsolissa.

Historia
Vuonna 2000, Sony Computer Entertainment, Toshiba ja IBM yhdistivät osaamisensa STI-liittoumaksi (Sony, Toshiba, IBM) suunnitellakseen ja valmistaakseen yhteistyönä Cell-suorittimen.

STI:n suunnittelukeskus avattiin maaliskuussa 2001.
Celliä suunniteltiin yli neljä vuotta. Suunnittelussa käytettiin paranneltuja versioita POWER4-suorittimien kehitystyökaluista. Yli 400 insinööriä kolmesta yrityksestä työskenteli yhdessä Austinissa, Teksasissa kaikkiaan yhdentoista IBM:n suunnittelukeskuksen kanssa.

Vuoden 2000 aikana ja sen jälkeen IBM rekisteröi useita patentteja koskien Cell-arkkitehtuuria, valmistusmenetelmiä ja toimintaympäristöjä. Maaliskuussa 2007 IBM kertoi 65 nanometrin version Cell-suorittimesta olevan tuotannossa East Fishkillissä, New Yorkissa. Prosessori-lehden mukaan Mercury Computer Systems sovittaa IBM:n kanssa piirin tutka- ja visualisointijärjestelmiin.

Tekniikka
Cell-suorittimessa on yhdeksän toisistaan riippumatonta ydintä: yksi PowerPC Processing Element (PPE) ja kahdeksan Synergistic Processing Element (SPE) ydintä.
PPE on yleiskäyttöinen mikroprosessori, joka suorittaa käyttöjärjestelmää.
SPE-ytimet ovat suunniteltu hoitamaan nimenomaan suuren osan laskennasta.

PPE-yksiköllä on käytössään 512 kilotavua L2-tason välimuistia ja jokaisella SPE:llä on vastaavasti 256 kilotavua niin sanottua Local Storagea, josta ne suorittavat ohjelmakoodinsa PPE:n ohjaamina. SPE:t ja PPE on yhdistetty toisiinsa suurikaistaisella Element Interconnect Busilla.

Synergistic Processing Elementeistä yksi on kokonaan poissa käytöstä valmistuskustannusten alentamiseksi ja saannin parantamiseksi; jos yksi SPE osoittautuu tehtaalla vialliseksi, voidaan sen sijaan käyttää muita, eikä se haittaa järjestelmän toimintaa muuten.

Cellin SPE-ytimet voivat toimia joko yhdessä, tai pelin tekijät voivat koodata ne toimimaan yksilöinä. Esimerkiksi yksi suoritin voidaan koodata hoitamaan fysiikkamallinnusta, toinen taas sotapelin vihollisten tekoälyä. Tällainen ohjelmointi on huhujen mukaan hankalaa. Potentiaalia Cell-prosessorissa kuitenkin riittää, sillä sen teoreettiseksi laskentatehon maksimiksi on väitetty 2,18 TFLOPS. Tällaisiin markkinoinnissa käytettäviin lukuihin on kuitenkin suhtauduttava varauksin.

On huomattava, että Cell-suorittimelle on ilmoitettu erikseen liukulukujen ”single precision” ja ”double precision” -laskentanopeudet. PlayStation 3:n suoritin kykenee 15 GFLOPS:n nopeuteen kaksinkertaisella (double precision) tarkkuudella. Vertailun vuoksi ClearSpeed CSX600 -matematiikkaprosessori saavuttaa kaksinkertaisella tarkkuudella noin 25 GFLOPS, joka on kaksinkertainen 3,00 GHz:n Pentium 4 -suorittimeen verrattuna.

PlayStation 4:n pääsuunnittelijan Mark Cernyn mukaan suoritinarkkitehtuuri oli tehokas, mutta vaati huomattavasti perehtymistä jotta suorituskyvyn sai käytettyä hyödyksi. Seuraavaan konsoliin haluttiin helpommin käytettävä arkkitehtuuri.

Cell Tv
Toshiba istuttaa Cell-sirua Cell Tv HDTV- ja mediapalvelimiin ja ensimmäiset teräväpiirtoiset multimedianäytöt tulivat markkinoille syksyllä 2009. Uusi tekniikka mahdollistaa mm useiden kanavien ajamisen samassa näytössä lähetyksessä käytetystä kuvaresoluutiosta riippumatta. Kuvan sävyjä voidaan säätää ohjelmallisesti ja näin parantaa kuvaa ja esimerkiksi vähentää LED-näytön virrankulutusta himmentämällä näyttöä kuvan tummilla alueilla. Näyttötekniikasta tulee ohjelmoitavaa ja laitteen suorituskykyä voidaan parantaa ohjelmallisesti tekniikan kehittyessä. Näin laite voidaan ottaa käyttöön, vaikka tuleva teräväpiirtolähetysstandardi ei olisi vielä valmis, kuten tilanne useimmissa maissa vielä vuonna 2009 oli.

PowerXCell 
PowerXCell oli IBM:n muunnos Cell-suorittimesta, jota käytettiin IBM Roadrunner supertietokoneessa.

Lähteet

Aiheesta muualla 
 Programming the Cell Broadband Engine Architecture (PDF) 

Suorittimet
PlayStation
IBM
Toshiba
Tietotekniikan tuotemerkit