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Le processeur Cell

1 : Introduction 2 : La première révolution RISC 3 : La quête d’un meilleur ILP 4 : L’aveu d’un échec 5 : L’aveu d’un échec (suite) 6 : Les nouveaux enjeux 8 : Les SPE : la force du Cell 9 : Les SPE : la force du Cell (suite) 10 : Le PPE : le maître d’œuvre 11 : Le PPE : le maître d’œuvre (suite), l'EIB 12 : Conclusion

Le CELL : une vue d’ensemble

Si les programmeurs sont prêts à de tels efforts cela traduit un réel manque de performances dans ce domaine des processeurs traditionnels. La réponse d’IBM à ce constat s’appelle donc le Cell. Ainsi plutôt que de dédier un ensemble toujours plus large de transistors à de la logique de contrôle ou à des caches toujours plus monstrueux, le Cell dévoue une bonne partie de ses 234 millions de transistors à de la logique d’exécution. Puisque les processeurs vectoriels n’ont jamais vraiment rencontré le succès en dehors de certaines niches de marché IBM a opté pour une approche hybride. Le Cell se compose donc de plusieurs éléments. On trouve en premier lieu un core PowerPC classique le PPE (pour Power Processing Element) auquel viennent s’ajouter plusieurs processeurs vectoriels les SPE (Synergistic Processing Element).

Ainsi pour ne pas sombrer dans un cas typique d’application de la loi des rendements décroissants IBM ne cherche pas à augmenter le parallélisme d’instructions bien au contraire mais plutôt à augmenter massivement le parallélisme de threads (Thread Level Parallelism ou TLP) en dotant la première incarnation du Cell de 8 SPE. Il faut ajouter à cela que le PPE peut lui-même opérer sur deux threads simultanément à l’aide d’une technique proche de l’HyperThreading d’Intel.

Et comme cette bête doit être malgré tout possible à produire en grande quantité vu que son marché premier reste la future console de Sony, certaines caractéristiques passent à la trappe. Exit donc l’ordonnancement dynamique des instructions : le Cell qu’il s’agisse du PPE ou des SPE ne traite les instructions que dans l’ordre du programme, il est en effet incapable de les réagencer pour mieux tirer parti des ressources disponibles. Ce choix permet de limiter la logique de contrôle au maximum au détriment des performances.

De plus là où un PPC970 peut exécuter jusqu’à 5 instructions par cycle en crête, le PPE lui est beaucoup plus modeste et ne peut lancer à chaque cycle que deux instructions par cycle. On est ici bien plus proche d’un PowerPC 601 bien qu’il emprunte des idées à plusieurs projets récents d’IBM.


Ne vous inquiétez pas si ce schéma vous semble confus au premier abord nous détaillerons largement ces différents éléments ensuite. Mais d’ores et déjà vous devriez remarquer une chose, cette architecture ne vous en rappelle pas une autre vu précédemment dans cet article ? Celle des machines à mémoire distribuée évidemment ! On retrouve donc les différents processeurs (ici les SPE) avec chacun leur propre espace mémoire (LS pour Local Store), le tout connecté par un réseau d’interconnexion (EIB).

En fait, avec toute l’expérience acquise dans les machines multiprocesseurs IBM positionne le Cell à la croisée des chemins des deux approches d’architecture à mémoire distribuée. Ainsi les SPE reposent sur une architecture à mémoire distribuée avec espaces d’adressage distincts. En revanche lorsque vous rajoutez un deuxième Cell, les PPE eux partagent un même espace d’adressage mais il faut noter que la mémoire elle est physiquement distribuée. Ainsi une machine équipée de plusieurs PPE est de type NUMA (Non-Uniform Memory Access), le contrôleur mémoire étant intégré au Cell l’accès aux diverses parties de la mémoire aura un coût variable.


Après ce rapide survol de l’architecture, intéressons nous maintenant aux divers éléments du Cell et, à tout seigneur tout honneur commençons par ce qui distingue tant le Cell des autres processeurs : les SPE.

Sommaire :

  1. Introduction
  2. La première révolution RISC
  3. La quête d’un meilleur ILP
  4. L’aveu d’un échec
  5. L’aveu d’un échec (suite)
  6. Les nouveaux enjeux
  7. Le CELL : une vue d’ensemble
  8. Les SPE : la force du Cell
  9. Les SPE : la force du Cell (suite)
  10. Le PPE : le maître d’œuvre
  11. Le PPE : le maître d’œuvre (suite), l'EIB
  12. Conclusion