Knights Landing: 次世代マルチコアアーキテクチャの魅力

目次

1. インテル Xeon Phi コプロセッサとは
2. Knights Corner チップに基づく第一世代 MIC アーキテクチャ
3. Knights Landing チップに基づく第二世代 MIC アーキテクチャ
4. Knights Landing のフォームファクター
5. Knight's Landing の特徴と利点
6. 開発者にとっての意味と影響
7. Knights Landing の処理能力と改善点
8. Knights Landing のコアとベクトル処理
9. 高度なチューニングと最適化方法
10. Knights Landing との互換性とポータビリティ
11. インテル Omni Scale とファブリックの統合
12. Knights Landing と Knights Hill の将来展望
13. インテル Xeon Phi コプロセッサのプログラミングモデル

インテル Xeon Phi コプロセッサとは

インテル Xeon Phi コプロセッサは、高性能な並列プロセッシングを可能にするコプロセッサシリーズです。これにより、データ並列アプリケーションの実行や最適化が容易になります。

Knights Corner チップに基づく第一世代 MIC アーキテクチャ

Knights Corner は、インテル Xeon Phi コプロセッサの最初の世代であり、Knights Corner チップアーキテクチャに基づいています。このアーキテクチャは、多数のコアと高性能メモリアーキテクチャを特徴としています。

Knights Landing チップに基づく第二世代 MIC アーキテクチャ

Knights Landing は、インテル Xeon Phi コプロセッサの次世代であり、Knights Landing チップアーキテクチャに基づいています。このアーキテクチャでは、さらなる高性能化と柔軟な利用方法が実現されています。

Knights Landing のフォームファクター

Knights Landing は2つのフォームファクターで提供されます。1つはPCI Express バスに接続されるコプロセッサ形式であり、もう1つはマザーボードに直接ソケットされるスタンドアロンのブート可能なプロセッサ形式です。

Knight's Landing の特徴と利点

Knights Landing にはいくつかの新機能があります。まず第一に、システムのDDR4メモリへの直接アクセスが可能なため、データ転送にPCIeバスのボトルネックが存在しません。また、KNLはDDR4の5倍の帯域幅を持つ、最大16GBのオンパッケージ高性能メモリを備えています。

開発者にとっての意味と影響

KNLとPCIeフォームファクターのXeon Phiに満足しているユーザーは引き続きPCIeフォームファクターとしてKNLを利用することができます。また、スタンドアロンのコンピュートノードとしてXeon Phiを扱いたいプログラマは、ネイティブプログラミングモデルを使用して、ネットワーキングと仮想化InfiniBandを橋渡しにすることで実現できます。

Knights Landing の処理能力と改善点

Knights Landing は、倍精度で最大3 TFLOP/sの計算能力を提供します。これは、現行のXeon Phiよりも3倍高速です。この向上は、14nm製造プロセスの採用と、スマートなコア設計によるものです。

Knights Landing のコアとベクトル処理

Knights Landing のコアは、Silvermontアーキテクチャを基にしており、現行のXeon Phiと比べてシングルスレッドのパフォーマンスが3倍向上しています。また、ベクトル化処理もKNCに比べて改善され、AVX-512というベクトル命令セットが採用されています。

高度なチューニングと最適化方法

KNLでは、高度なチューニングや最適化技術が要求されます。例えば、コンパイラのベクトル命令セットやアセンブリ言語を使用した低レベルのチューニングでは、KNLのパイプラインに最適化するために完全にコードを再作成する必要があります。

Knights Landing との互換性とポータビリティ

KNLは、AVXやSSE2などのXeonプロセッサの命令セットとバイナリ互換性があります。これにより、Xeonプロセッサや過去のインテルCPU向けにコンパイルされた実行可能ファイルは、再コンパイルなしでKNLのコア上で実行することが可能です。ただし、AVX-512のベクトル命令セットを最大限活用するためには、パフォーマンス重視のアプリケーションでは再コンパイルが必要になるでしょう。

インテル Omni Scale とファブリックの統合

Knights Landing は、インテル Omni Scale と呼ばれるファブリックと統合されています。これにより、高性能な通信インフラストラクチャが実現され、高並列処理環境での効率的なデータ転送が可能となります。

Knights Landing と Knights Hill の将来展望

Knights Landing は、Knights Corner と多くの共通点があります。これにより、効率的な並列プログラミング手法を使用する限り、現行のXeon Phi向けに設計されたアプリケーションは、次世代の Knights Landing にもスケーラビリティがある形で移植可能です。さらに、Knights Hill の登場により、将来の Intel manycore アーキテクチャの開発にも期待が寄せられています。

インテル Xeon Phi コプロセッサのプログラミングモデル

インテル Xeon Phi コプロセッサのプログラミングモデルは、並列プログラミングの効果的な方法に焦点を当てています。並列処理を最大限に活用するためのテクニック、ベクトル化に適したデータ構造の使用、メモリアクセスの局所性、通信制御などについて説明します。また、コンパイラの自動ベクトル化や最適化された数学ライブラリの使用、特定のデバイスのプロパティに依存しないスケーラビリティのある並列フレームワークなど、ポータブルなプログラミング技術にも焦点を当てます。

【名詞解説】 -インテル Xeon Phi コプロセッサ：インテルが開発した高性能な並列プロセッサ -Knights Corner チップ：インテル Xeon Phi の第一世代コプロセッサのチップアーキテクチャ -Knights Landing チップ：インテル Xeon Phi の次世代コプロセッサのチップアーキテクチャ -DDR4メモリ：データ転送速度が高速でエネルギー効率の良いメモリ規格 -MCDRAM：Knights Landing の特徴的な高性能メモリ技術 -PCIeバス：パソコンの拡張ボードやパーツを接続するためのバス規格 -AVX-512：インテルが開発した高度なベクトル命令セット -インテル Omni Scale：インテルが提供する高性能な通信インフラストラクチャ"""

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