Intel stellt 1TB/s-Chip vor

Auf der Hot Chips 2023 Konferenz hat das Yankee-Powerhouse Intel einen neuen Schuss im 'Chipkrieg' abgefeuert, indem es die PIUMA (Programmable Integrated Unified Memory Architecture) Central Processing Unit (CPU) vorstellte, die Teil des HIVE (Hierarchical Identify Verify Exploit) Programms des US-Verteidigungsministeriums (DARPA) ist, das sich auf die Verbesserung der Leistung bei der Graphenanalyse im Petabyte-Bereich konzentriert.

Die sechs Kerne von PIUMA fassen jeweils sechsundsechzig Threads, so dass er Daten mit einer Geschwindigkeit von 1 Terabyte pro Sekunde verarbeiten kann. Der Chip verbraucht nur 75 Watt, wovon nur 59% auf die verwendeten optischen Siliziumverbindungen und 21% auf die Kerne entfallen. Er verwendet einen FinFET-Prozessor (Fin-Field-Effect-Transistor) mit einer Gate-Größe von 7 nm, der vom taiwanesischen Monopolisten TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacuring Company Limited) hergestellt wird und eine Standard-BGA-Schnittstelle (Ball Grid Array) besitzt.

Die Daten werden mit Hilfe von photonischen Siliziumchiplets übertragen, für deren Herstellung Ayar Labs verantwortlich ist. Vier Chiplets wandeln die elektrischen Signale, die den Mikroprozessor durchlaufen, in optische Signale um, die von 32 Singlemode-Glasfasern übertragen werden. Jede Faser überträgt Daten mit einer Geschwindigkeit von 32 GB/s, was eine maximale Bandbreite von 1 TB/s ergibt. Photonische Anschlüsse, die an den Seiten des Chips hängen, ermöglichen Verbindungen zu anderen Chips. Das externe optische Netzwerk von Hyper X bietet alle Verbindungen für jeden Rechenkern. Bis zu zwei Millionen Kerne können auf diese Weise mit einer Latenz von weniger als 400 Nanosekunden verbunden werden.

Im Vergleich zu der von Intel seit den 1970er Jahren verwendeten x86 Instruction Set Architecture (ISA) verwendet PIUMA eine RISC-Architektur (Reduced Instruction Set Computer), die nicht die gleichen Skalierungsprobleme wie x86 aufweist und sich besser für die Parallelverarbeitung eignet, energieeffizienter ist und bei von der DARPA spezifizierten Aufgaben eine achtmal bessere Single-Thread-Leistung erzielt.

Die Aussicht auf optische Mesh-to-Mesh-Verbindungen treibt die Forschung von NVIDIA, Intel und Ayar Labs voran, die auf Lösungen abzielen, die in großem Maßstab eingesetzt werden könnten. Die Giganten sehen in optischen Interkonnektoren eine neue Datentransfertechnik, die im Vergleich zu herkömmlichen Chip-zu-Chip-Datentransfertechniken eine höhere Bandbreite, geringere Latenzzeiten und einen niedrigeren Stromverbrauch bietet.