Software kan de hardware zuiniger maken

Maar het speelt ook een zeer belangrijke rol bij supercomputers waar het veeleer een kwestie is van opgewekte warmte en het afvoeren daarvan. Dat laatste is het geval bij de Tsubame-supercomputer, een cluster op basis van AMD Opteron, aangevuld met zogeheten accelerator-chips van ClearSpeed. Die chips zijn geconfigureerd met behulp van software en ze zorgen ervoor dat bepaalde processen binnen de computercluster zeer snel worden afgehandeld. De circuits van ClearSpeed zorgen er in feite voor dat de cluster kan werken binnen de gestelde parameters. Zonder die chips zou de hardware, wil deze de volle snelheid kunnen halen, veel te warm worden en mogelijk in brand vliegen. De Tsu­bame wordt gebruikt door het Tokyo Institute of Technology en staat momenteel op de 16e plaats van de ranglijst van snelste computers ter wereld.
Aan de onderkant van het spectrum is de energiebesparing ook van levensbelang. Hier is niet zozeer de snelheid als wel de gebruiksduur van belang. En daarmee kan de verkoop van een draagbaar systeem worden gemaakt of gebroken. “Niemand zal graag een draagbaar systeem kopen dat het maar een paar uurtjes volhoudt, mensen willen iets hebben waar ze een hele werkdag mee uit de voeten kunnen”, zegt Marcel Beemster van Associated Compiler Experts (ACE) uit Amsterdam.
ACE is de producent van Cosy, een generator voor compilers, waarmee systeemproducenten compilers voor hun eigen hardware kunnen ontwikkelen. Met behulp van die compiler kan vervolgens een programma in een hogere programmeertaal worden omgezet naar effectieve machinecode voor een chip. ACE kan worden beschouwd als ‘de ASML van de softwarewereld’, wat wil zeggen dat het bedrijf software maakt om software mee te maken, net zoals de producent van chipproductiemachines hardware maakt om hardware mee te maken.
ClearSpeed is een van de gebruikers die heeft gekozen voor Cosy en aan de andere kant van het spectrum wordt de compilergenerator gebruikt door XMos, een bedrijf dat chips voor mobiele toepassingen maakt.
XMos Semiconductor noemt zijn processors Software Defined Silicon (SDS). Het eerste product is de XCore-processor, een 32-bits chip die acht threads simultaan kan verwerken. “Door de functies van de hardware te regelen met behulp van software, hebben we veel flexibiliteit gekregen. Zou blijken dat we bijvoorbeeld een extra I/O-kanaal nodig hebben, dan kunnen we dat snel programmeren en precies zoals we het hebben willen. We hoeven dus geen nieuwe chip te bakken, alleen maar omdat er een extra USB-poort nodig is”, zegt hoofd Engineering Mark Lippett van XMos.
De XCore is een Risc-processor die acht threads tegelijk kan verwerken, de ClearSpeed-chip is een zogeheten array-processor, die 96 kernen heeft. ClearSpeed biedt zijn chip aan als coprocessor, een beetje vergelijkbaar met de 8087 die vroeger als wiskundige versneller werd gekoppeld aan de 8086-processor.
De parameters van zowel ClearSpeed als XCore zijn geanalyseerd en omgewerkt tot een interface voor CoSy. “We hebben bewust gekozen voor zo’n universele werkwijze, zodat onze compilergenerator geschikt gemaakt kan worden voor vrijwel iedere denkbare hardwarearchitectuur. Veel aandacht is gegeven aan de parallelle verwerking en de optimalisatie daarvan”, zegt Marco Roodzant, vicepresident van ACE.
/r.keijzer@sdu.nl

Niemand maakt een chip van 15 GHz
“Iedereen wil microprocessors sneller maken maar iedereen loopt ook tegen ‘de muur’ op. Hardware kán gewoon niet sneller, we zullen wat anders moeten verzinnen”, stelt professor David Patterson van de universiteit van Berkeley. Hij breekt een lans voor parallellisme, “en dan niet voor exotische systemen, maar voor de apparatuur van alledag. Chips met meer dan één rekeneenheid die via software hele bergen werk kunnen verzetten. Kortom, de softwaremakers mogen terug naar school, om een nieuwe werkwijze aan te leren”, hield Patterson zijn gehoor op een technologiesymposium op de universiteit voor.
Patterson heeft plannen voor een Parallel Computing Lab, dat ingericht moet worden in Berkeley. Daar zal software worden gemaakt die het onderste uit de kan haalt bij parallelle hardware. “We hebben een aantal applicaties op het oog, die als eerste van de nieuwe techniek kunnen profiteren. Denk aan beeldverwerking, spraakherkenning en systemen die de gezondheid van het lichaam in de gaten houden.”