Созданы модульные масштабируемые материнские платы

Группа специалистов в области аппаратного обеспечения компьютеров и электроники в соответствии со своими амбициозными планами разработала "самодостаточные" вычислительные блоки, которые должны существенно повысить эффективность ПК. Энтузиасты создали прототип материнской платы, использующей независимые модули, каждый из которых имеет свои процессор, память и устройство хранения. Отдельная ячейка выступает в роли мини-платы и сетевого узла и способна независимо решать, принимать или отклонять конкретный входящий поток данных и программные обращения. Определенное количество модулей формирует кластер с суммарной производительностью всех входящих компонентов.

Разработка называется Illuminato X Machina и значительно отличается от принципа организации вычислительной структуры сегодняшних массовых ПК. "Мы взяли все, что входит в состав обычной системной платы и "измельчили", - объясняет адъюнкт-профессор компьютерных наук из Университета Нью-Мексико (University of New Mexico) Дэвид Экли (David Ackley). – У нас имеется CPU, RAM, носитель информации и последовательные порты на каждых двух квадратных дюймах (13 см²)". Модульная архитектура предназначена для параллельных и распределенных вычислений и может поднять эти операции на новый уровень. Например, вместо выхода из строя всей системы в случае неработоспособности некоторого компонента, ошибка в одиночной ячейке слабо повлияет на вычислительную машину. "Мы находимся в точке, где каждый компьютерный процессор работает максимум на 3 ГГц, что приводит к необходимости увеличивать количество ядер, но ресурсы чипа по-прежнему распределяются на целую систему, - говорит Джастин Хайн (Justin Huynh), один из ключевых членов проекта. – Добавление ядер – это путь, которому индустрия будет подчинена еще десятилетие". Хайн и его единомышленники – не новички в воплощении новаторских идей. Ранее в этом году Джастин вместе с товарищем создали Open Source Hardware Bank – клуб с равноправным участием, поддерживающий открытые проекты разработки аппаратного обеспечения. Над X Machina же работа началась около 10 месяцев назад.

Сегодняшняя компьютерная архитектура зиждется на модели Джона фон Неймана, подразумевающей наличие вычислительного устройства и устройства хранения данных и инструкций. Но такой принцип организации обуславливает наличие существенного препятствия, известного как "бутылочное горло фон Неймана": хотя процессоры становятся все быстрее, канал между памятью и CPU не способен поддерживать достаточную производительность, ограничивая общие возможности ПК. Создавая модульную структуру, Хайн надеется получить более параллельную и распределенную архитектуру. Впрочем, кластерная организация не нова – она активно используется в высокопроизводительных мэйнфреймах. Но Illuminato X Machina призвана принести идею в массы. "Об этом можно размышлять как о комплексе из многих работающих вместе бактерий вместо одноклеточной амёбы", - обращается к несколько необычной аналогии разработчик нового беспроводного стандарта Dash 7, выпускник факультета компьютерной инженерии Принстонского Университета (Princeton University) Джон Пол Норэйр (JP Norair).

Каждый модуль X Machina имеет 72-МГц процессор (в данный момент это ARM), флэш-память объемом 16 Кб и чип EEPROM (electrically erasable programmable read-only memory – электрически стираемое перепрограммируемое ПЗУ) объемом 128 Кб. Также есть LED-индикаторы и кнопка включения. Небольшая плата содержит четыре разъема для соединения с соседними электронными ячейками, через которые передается питание и информация. Контролируемые на программном уровне переключатели позволяют управлять проходящим через систему питанием "на лету", а исполняемый программный код может передаваться прямо из одного модуля в другой без обращения к находящемуся на компьютере ПО для "прошивки". Кроме того, все мини-системы имеют загрузчик, перепрограммируемый при необходимости соседними устройствами, даже когда весь комплекс находится в рабочем состоянии.

Несмотря на неплохие достижения, разработчикам есть над чем трудиться. Хайн еще не тестировал производительность системы для сравнения с традиционными ПК, чтобы установить разницу в энергопотреблении и скорости выполнения операций. Более того – приложения, свидетельствующие о применимости Illuminato X Machina для решения повседневных задач, возлагаемых на компьютер, также не написаны. С целью дать ответ на эти вопросы Экли планирует привлечь к адаптации привычных концепций программирования для новой разработки своих студентов из Университете Нью-Мексико. А пока, по словам Хайна, идея делает свои первые шаги. Норэйр солидарен: "Если они добьются хотя бы половины производительности процессоров Intel с кластером микроконтроллеров, это станет большим успехом, потому как энергопотребление их модульных кластеров очень низкое, а надежность - высока". Но устройства уже можно приобрести по цене от $57 за единичный модуль до $790 за массив из 16 штук.