[고전 2005.03.05] 2015년 컴퓨터 플랫폼 IDF Spring 2005

 

2015년 컴퓨터 플랫폼

 

Justin Rattner 시니어 펠로우

IDF 마지막 날 기조 연설은 연구 개발을 총괄하는 CTO가 하게 되어 있다.
IDF Fall 2004에서는 Pat Gelsinger 씨의 역할 이었지만, 조직 변경으로 인해 Corporate Technology Group Senior Fellow인 Justin Rattner (저스틴 래트너) 씨로 바뀌었다.

Rattner 씨는 9명인 Intel 시니어 펠로우 중 한명. 회로 및 아키텍처 프로그래밍 시스템 등을 담당한다. Gelsinger 씨의 기조 강연이 폭넓게 연구 개발 전반에 걸쳐 있던 것에 비해, 이번 테마는 좁혀지고 있어 "직구 승부" 라는 느낌이다.

테마는 "Platform 2015" 즉 10년 뒤의 플랫폼 이다.

Rattner 씨는 10년 후 컴퓨터가 사용되는 방법을 예측한다. 사용자 인터페이스는 더 자연적인 것 이어야 하며, 화면뿐만 아니라 음성과 자연 언어 등의 다양한 방법으로 컴퓨터를 조작 할 수 있게 될 필요가 있다. 또한 가정 등에서는 센서를 사용, 건강 상태 등을 관리 할 수 ​​있게 될 것으로 예측했다. 필요에 따라 통보하거나 의료기관에 연락이 자동으로 열리는 등이 가능하게 될 것이라고 말했다.

비즈니스 분야에서는 실시간 번역 등의 커뮤니케이션을 보조하는 기술이 사용되고, 대량의 데이터에서 의미있는 정보를 추출 데이터 마이닝도 쉽게 사용할 수 있게 될 것이라고 한다.

가상 현실이 널리 보급되고 게임뿐만 아니라 자신에게 어울리는 옷을 찾기 위해 사용 하는 용도에도 사용된다.

시뮬레이션 기술도 다양한 분야에서 사용할 수 있게 되어, 개인이 행하는 투자 등에서도 쉽게 정확한 미래 예측을 할 수 있게 될 것 같다.

이를 위해서는 방대한 계산량이 필요하고,이를 위해 Intel의 CPU도 더 고성능화 해야한다.

CPU는 멀티 코어로 향한다

　고성능을 위한 방향성이 이번에 내놓은 듀얼 코어화에서 앞으로는 많은 CPU 코어를 내장한 "Many Core"(매니 코어)가 있다고 한다. CPU는 멀티 프로세서, 하이퍼 스레딩, 듀얼 코어로, 다음은 4개 이상의 코어를 가진 멀티 코어로 이행한다. 또한 그 뒤에 10개 이상의 코어를 가진 매니 코어 아키텍처가 있는 셈이다.

　이러한 여러 코어를 가진 CPU는 응용 프로그램을 멀티 스레드화 시켜 보다 성능을 끌어 낼 수 있게 된다. 따라서 시도로 연구중인 "Domain Specific Parallel Programming"가 소개되었다.

　일반적으로 Domain Specific Programming (Language)은 특정 분야에서의 이용을 상정하고 만들어진 "전용 언어"를 의미한다. Java 또는 C 언어 등은 범용 컴퓨터 언어로 다양한 프로그램을 만들기 위한 것이다. 이에 비해 전용 언어는 특정 목적을 위한 로직을 작성하기 위한 언어이다. 예를 들어, 편집기 등이 있는 매크로 언어 등이 전용 ​​언어이다.

　Intel은 특정 분야를 위한 언어를 만들고 그 컴파일러가 병렬 실행이 가능한 코드를 생성하도록 했다. 또한 생성된 코드에 포함된 런타임 라이브러리가 로드 상태로 CPU 코어 수 등을 파악, 부하에 필요한 코어 처리를 할당한다.

　데모에서는 통신 처리를 행하는 프로그램이 Domain Specific Parallel Programming에 지휘하고 부하에 따라 코어가 할당되어 가는 모습을 보였다.

 

 

CPU는 듀얼 코어에서 멀티 코어를 거쳐 매니 코어가 된다.

매니 코어는 10 ~ 100 정도의 CPU 코어를 가지는 것

 

 

각 분야에 맞는 전용 언어를 사용해

병렬 처리를 의식하지 않고 작성한 프로그램을 병렬 실행하는 것이 가능하게 된다

 

 

 

Domain Specific Parallel Programming 데모에 사용된 시스템.

앞쪽의 케이블은 실제로 다른 컴퓨터와 통신을 행하고 있다

 

 

 

 

 

 

 

Domain Specific Parallel Programming 데모. 사진 왼쪽 위의 사각이 CPU 코어를 나타내고 있고, 그 색이 사진 오른쪽 중앙에 늘어선 상자 (패킷 처리)에 대응하고 있다

 

 

 

부하 조정을 온 하기 전 단계

 

 

부하가 증가하면 새로운 코어를 할당 (사진 오른쪽 중앙의 녹색 상자)

　이 데모는 네트워크 프로세서인 IXP 제품군을 위한 소프트웨어 개발 환경 연구의 Shangri-la에 포함된 "Baker"라는 언어를 사용한 것.

　Baker는 패킷 처리를 행하는 소프트웨어를 위한 언어로 패킷의 흐름과 처리를 기술하는 것으로, 자동으로 병렬화 된 코드를 생성한다. 프로그래머가 생성되는 프로그램의 병렬성과 런타임의 코어 수를 염려하지 않아도 런타임 라이브러리 측에서 부하 상황과 시스템 구성 등 필요한 코어 수를 판단, 자동으로 코어 처리를 할당해 간다.

　Rattner 씨가 보여준 것은 특정 분야의 처리이면 그 처리 패턴을 어느 정도 예측해 병렬화를 자동화하는 것이 가능하다는 것이다. 응용 프로그램 패턴 분석 가급적이면 특수 언어를 사용함으로써 프로그래머가 병렬 처리를 의식하지 않고 프로그래밍을 행해도 병렬성을 이끌어 낼 수 있는 것이다.

 

스택 기술로 메모리를 통합

　또한 멀티 코어는 메모리와 인터페이스가 병목이 될 것으로 예측했다. 그렇기 때문에 메모리와 CPU 간의 대역폭을 넓힐 필요가 있다. 그러나 듀얼 채널 (메모리 인터리브)과 같이 메모리 CPU 간의 채널을 늘리는 것은 어느 정도 할 수 있지만, 신호선의 수가 많아져 간다고 지적했다.

　Intel이 개발중인 Wafer Stacking, Die Stacking 기술은 다이 및 웨이퍼를 쌓아 연결 컴퓨터 시스템을 만드는 것.

　이렇게 하면 메모리와 메모리 컨트롤러 간의 연결이 짧아지고, 또한 마더 보드에 여러 신호선을 끌어들일 필요가 없어진다.

　이것은 CPU에 메모리 컨트롤러가 탑재되는 것을 의미한다. 현재 AMD의 Opteron과 SUN Microsystems의 UltraSparc 등 많은 프로세서가 메모리 컨트롤러를 CPU에 통합하고 있다. 어떤 의미에서 이것은 필연적인 방향이기도 한 셈이다.

　타사가 하고 있듯이 동일한 다이에 메모리와 CPU 등 기술이 다른 장치를 구성하는 "혼합적재" 와 다른 것은 개별 다이를 개별적으로 제조 할 수 있다. 사전에 검사하여 쌓을때 생기는 장치 자체의 불량률을 감소시키고, 특성을 갖추고 제조하는 것이 가능하다는 점이다. CPU 는 제조 후 선별해 대응 클럭을 결정하기 때문에 사전에 검사 할 수 있는 장점은 크다.

　일반적으로 CPU에 메모리 컨트롤러를 탑재하면 메모리 레이턴시를 줄일 수 있게 된다. 여기에 Intel은 메모리 컨트롤러와 메모리 사이의 배선을 최소화 하기 위해 다이나 웨이퍼끼리 겹쳐 연결하는 것을 계획하고 있는 것이다. 또한 마더 보드에 다수의 배선을 끌어 올 필요가 없기 때문에 보드 비용도 낮출 수 있게 된다.

 

 

 

코어가 늘면서, CPU 성능이 오르는 것으로 메모리 CPU 간의 접속에 필요한 대역폭은 늘어난다. 이것을 메모리 병렬 액세스 (채널 수나 채널을 구성하는 bit 폭)로

대응하려고 하면 이번에는 신호선이 늘어난다

 

 

 

Wafer Stacking 기술은 별도로 만든 웨이퍼를 상하로 연결

 

 

Die Stacking는 Wafer에서 분리한 다양한 크기의 다이를 상하로 연결

 

실리콘 레이저의 가능성

 

실리콘에 의한 Photonics는 시스템 간이나, 시스템 주변 기기 사이의 연결과 칩 사이의 연결, 시스템 내의 백플레인 연결 등을 빛으로 할수 있다.

　마지막으로 Rattner 씨는 2월 17일 발표한 실리콘 레이저에 대해 언급했다. 이것은 세계 최초로 실리콘상에서 레이저의 연속 발진을 가능하게 한 것.

　라만 효과 (Raman 산란 이라고도 함)란 물질에 빛이 맞아, 그 에너지가 물질에 흡수 된 뒤, 에너지 상태가 원래대로 돌아올 때 빛이 발생한다는 것이다. 이 빛은 맞춘 빛 (입사광)보다 파장이 약간 길어지는 것 (안티 스톡스 산란), 짧아지는 것 (스톡스 산란)의 2종 발생 입사광과 동일한 파장에 사용할 다른 산란광 (레일리 산란)과 구별이 가능하다.

　이 현상을 이용하면 강한 레이저 광 (펌프 레이저)을 맞춰진 물질에 신호로 변조 된 약한 레이저 광을 비추면 신호로 변조된 강한 레이저 광 (라만 발광)을 낼 수 있도록 된다. 이것을 라만 증폭 또는 라만 증폭기라 한다.

　이 라만 효과는 유리 섬유 같은 물질도 발생하지만, 실리콘과 같이 결정이 제대로 늘어선 물질도 효과가 강하게 나타난다. 유리 섬유 등으로는 충분한 크기의 라만 발광을 얻기 위해서는 몇 키로 미터 길이의 유리 섬유를 사용해야 하며, 통신 케이블과 같이 원래 긴 것은 뒤로하고, 작은 부품으로 라만 증폭기를 만드는 것은 곤란했다.

　또한 실리콘의 내부는 포톤 (광자)이 두개 동시에 하나의 원자에 충돌 흡수되어 버리는 "2 광자 흡수"가 일어나기 때문에 큰 출력을 꺼낼 수 없었다.

　전자는 궤도에 따라 받을 수 있는 에너지 량이 정해져 있어, 그 값 이외에서는 광자로부터 에너지를 받을 수 없다. 양자 역학 수준에서는 광자가 다른것에 주는 에너지는 일정량으로 그 파장에 응해 정해지고, 중간 값으로 에너지가 교환되는 것은 아니다. 그에 따라 전자가 진동하는 최소의 에너지량 이라는 것이 정해져, 그 이하의 에너지는 진동하지 않는다. 빛의 에너지는 파장 (진동수)으로 정해지기 때문에 물질은 특정 파장의 빛만 진동이 발생하게된다. 광자는 에너지를 전자에 제공함으로써 소멸하기 때문에 광자가 흡수 된 것으로 보인다.

　그런데 2개의 광자가 동시에 원자에 충돌하는 사태가 일어나 2배의 에너지가 되면 전자는 그것에 응한 에너지 상태가 있다면 전자는 에너지를 받아 흡수가 발생한다. 이것을 "2 광자 흡수"라고 말했다. 에너지를 받은 전자는 궤도에서 떨어져 원자를 튕겨 버린다. 이 전자가 또한 광자와 충돌하여 전체 에너지를 흡수한다. 라만 산란에서 발생한 빛은 얼마나 큰 에너지를 기준으로도 일정 이상 커지면 없어지게 된다. 이것은 라만 효과를 일으키는 에너지가 강해졌다 해도, 그것이 더 많은 2 광자 흡수를 발생시켜기  때문이다.

　Intel은 도파로 주위에 반도체를 구성하고 이 2 광자 흡수에서 발생한 전자를 외부로 꺼내는 것에 성공했다. 따라서 더 큰 라만 산란광을 꺼내는 것이 가능하게 되었다.

　충분한 크기의 라만 산란광을 꺼낼 경우 위의 증폭 외에 레이저 발진기를 만들 수 있다. 도파로의 양단을 거울로 거기에 펌프 레이저에서 빛을 넣어 라만 발광을 행하게 발생한 라만 광을 사이에 왕복시키는 것으로, 레이저 발진이 행해진다. 이것을 라만 레이저라 한다. 지금까지 실리콘에 라만 레이저를 연속 발진시킬 수 없었으며, Intel은 세계 최초로 이를 성공시켰다.

　Intel은 2004년 2월에 기가 헤르쯔 동작이 가능한 광 변조 장치를 실리콘에 구성 본격적인 실리콘에 Photonics (빛과 전자를 융합한 기술)의 길을 놓았다. 이번 반도체에 레이저 발진기를 구성하고 Photonics에 필요한 구성 요소를 또한 실리콘에 만드는 데 성공했다.

　Rattner는 이러한 기술을 가진 Intel의 Photonics를 사용하면 컴퓨터 시스템 간의 연결 시스템의 백플레인 연결, 그리고 칩 간 연결을 빛으로 행할 수 있게 되어, 한층 더 물질의 화학적 분석 및 의료 분야 에도 응용할 수 있을 것이라고 말했다. PCI Express는 구리 배선에서 가능한 최대 속도를 실현하는 것으로서 개발되었다. 이 PCI Express 이상의 전송 속도를 실현하려고 하면 더 이상 구리 배선으로는 불가능, 빛을 사용해 신호의 전송을 수행해야 한다. Intel의 Photonics는 그러한 미래 지향적인 기술이기도 하다.

 

하드웨어를 사용해 휴대 전화와 같은 저해상도의 동영상 장치로 촬영한 영상에서 고해상도 이미지를 생성한다. 왼쪽이 원본 이미지 (실제로 촬영한 동영상의 일부)에서 잘라낸 것. 오른쪽이 처리된 이미지로 읽을 수 없었던 문자가 예쁘게 표시되는

 

 

 

 

2006 년 Yonah 채용의 모바일 컨셉 모델 중 하나

office를 위한 노트북 컴퓨터와 세트가 되는 휴대폰

　이 외에도 차세대 모바일 컴퓨터 (3월 2일 2006년 모바일 컨셉 모델로 발표 된 것)도 데모가 행해졌다. 노트 PC와 휴대폰이 세트로 되어 있으며, 여기에는 코드 네임은 공개하지 않았지만, "Zepyros '라는 코드 네임이다.

　휴대폰은 1년 전에 Gelsinger 씨가 공개한 Universal Communicator의 향상된 버전이다. 그 시절에 비하면 스마트하게 되어 휴대전화 답게 되었다.

　이 외에도 저해상도의 동영상에서 고해상도 이미지를 자동으로 생성하는 기술 데모도 행해졌다. 휴대 전화로 촬영한 저해상도 영상에 찍혀있는 간판은 그대로는 문자를 읽을 수 없지만, 통계 처리 등을 수행 실물의 모습을 추정하여 고해상도 이미지를 생성하는 것이 가능하게 되는 것.

　이번 기조 연설은 Gelsinger 부사장의 때와 같은 화려함은 없지만, Intel의 본업에 직결 된 내용이며, 아련하긴 하지만, 10년 후 컴퓨터의 모습을 부각시킨 것이다.

 

 

2005년 3월 5일 기사 입니다.

 

 

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