Intel Larrabee'yi Gün Işığına Çıkarmak: Hayali Bir x86 GPU Mimarisinin Geriye Dönük Analizi

Yönetici Özeti ve Pazar Konumlandırması

Grafik mimarisi tarihindeki projeler arasında pekka çok proje, Intel'in "Larrabee" projesinin sahip olduğu efsanevi statüye yaklaşamaz. İlk kez 2008 yılında kamuoyuna duyurulan Larrabee, NVIDIA ve AMD'nin kurduğu ikili tekele meydan okumayı amaçlayan, Intel'in özel grafik pazarına yönelik cüretkar bir girişimi olarak tasarlandı. Her render aşaması için geleneksel sabit fonksiyonlu donanım boru hatlarına güvenmek yerine Larrabee, geniş vektör birimleriyle desteklenen, sıralı çalışan (in-order) basit x86 çekirdeklerinden oluşan devasa paralelliğe sahip bir diziye yöneldi. Proje, geliştirme çalışmalarının durması ve performans hedeflerinin gerisinde kalınması nedeniyle Aralık 2009'da tüketici grafikleri ürünü olarak resmi olarak iptal edildi. Ancak çekirdek DNA'sı yok olmadı; yüksek performanslı bilişim hızlandırıcıları olan Xeon Phi serisi aracılığıyla yaşamaya devam ederek heterojen bilişim için etkili bir taslak bıraktı.

Kapanmış olan bu döneme dair donanım camiasına yakın zamanda nadir bir arkeolojik pencere açıldı; "pkellythompson" adlı bir Reddit kullanıcısı, bir depolama açık artırmasından satın aldığı ekipmanlar arasında eksiksiz bir Intel Visual Adrenaline geliştirme sistemi ortaya çıkardı. DX58SO anakart, C0 stepping Larrabee mühendislik örneği ve bir tanılama kartının yanı sıra sistem, sürücüler, geliştirici araçları ve VBIOS talimatlarını içeren (yaklaşık 81 MB ve 728 MB boyutlarında) paha biçilmez yazılım arşivlerine sahip iki adet USB sürücü barındırıyordu. DVI çıkışları ve depolama denetleyicisi BIOS yapılandırmalarıyla ilgili eski engelleri aşarak Windows 7'yi başlatan meraklılar, işlevsel 3D hızlandırmayı başarıyla yeniden kurdular. Bu keşif yalnızca bir müze parçası değil, aynı zamanda GPU tarihinin en kutuplaştırıcı mimari felsefelerinden birini değerlendirmek için çalışan, deneysel bir test ortamı sunuyor.

Temel Mimari ve Teknolojik Yenilikler

Larrabee'nin temel varsayımı yazılım render esnekliğiydi. GPU'ların katı bir şekilde özelleştirilmiş vektör işlemcileri olduğu bir dönemde Larrabee, 512 bitlik vektör işleme birimleriyle donatılmış çoklu IA-32 (x86) çekirdekleri kullandımıştır. Her çekirdek standart x86 talimatlarını yürütebilirdi; bu da geometri işleme, piksel gölgelendirme (shading) ve hatta yüksek seviyeli fizik hesaplamalarının, yalnızca özel doku örnekleme donanımıyla desteklenen genel amaçlı işlem bloklarında çalışan yazılımlar aracılığıyla yerel olarak ele alınabileceği anlamına geliyordu. Bu tasarım felsefesi, ham ve sabit fonksiyonlu iş hacminden ziyade programlanabilirliğe ve çok yönlülüğe öncelik vererek CPU ve GPU tasarım paradigmaları arasındaki boşluğu kapatmaya çalıştı.

Orijinal Intel geliştirme yığın kurtarılması, modern meraklıların uzun süredir teknik incelemelere ve dahili sunum slaytlarına hapsedildiği düşünülen orijinal silikon üzerinde kod çalıştırmasına olanak tanımıştır. C0 stepping örneğini başlatmak, karmaşık tanılama protokollerinde ve erken dönem tanılama kartlarında gezinmeyi gerektirdi. Kurtarılan sürücü paketleri, işlevsel Direct3D boru hatlarının kilidini açarak sistemin gerçek 3D iş yüklerini işlemesini sağladı. Larrabee'nin sıralı x86 çekirdekleri aracılığıyla modern render boru hatlarını ayrıştırma girişimini gözlemlemek, genel amaçlı bir CPU mimarisini yoğun paralel grafik iş yüklerini omuzlamaya zorlamanın hem derin vizyonunu hem de doğasında var olan darboğazlarını ortaya koymaktadır.

Deneysel Özellikler ve Kıyaslama Matrisi

Isıl, Verimlilik ve Gerçek Dünya Ergonomisi

Larrabee'yi çağdaş bir meraklı ortamında çalıştırmak, Intel'in 2000'lerin sonlarında karşılaştığı devasa termal ve elektriksel mühendislik engellerini vurgulamaktadır. Meraklı sınıfı bir DX58SO anakart platformunda çalışan sistem, hassas voltaj regülasyonu ve dikkatli termal yönetim gerektirir. Mimari, optimize edilmiş ASIC yolları yerine karmaşık yazılım boru hatlarını çalıştıran yoğun x86 çekirdek dizilerine güvendiğinden, yoğun grafik iş yükleri altında güç tüketimi ölçeklendirmesi değişkenlik gösterdi. Özel bir tanılama kartı ve eski DVI çıkışları kullanma zorunluluğu, bu donanımın asla tüketici kullanımına yönelik olmadığını; ham, bağlı bir geliştirme aracı olduğunu daha da vurgulamaktadır.

Bu fiziksel kısıtlamalara rağmen, arşivlerden kurtarılan deneysel performans şaşırtıcı derecede cezbedicidir. Crysis'i 1280×720p çözünürlükte, Orta ayarlarda ve kenar yumuşatma (antialiasing) kapalı olarak çalıştırma görevi verildiğinde, prototip başlangıçta yavaş bir şekilde 17 FPS çıktı verdi. Bununla birlikte, ikincil, daha optimize edilmiş kurtarılan bir sürücüyle yapılan testler, performansı etkileyici bir şekilde ~36 FPS'ye çıkardı. O dönemin harici ekran kartlarının belirlediği en son teknolojilerin çok gerisinde olsa da, tamamen yazılım odaklı x86 mimarisi aracılığıyla oynanabilir kare hızlarına ulaşmak, o dönemde ticari olarak uygulanabilir olmasa bile Larrabee'nin yürütme modelinin teorik uygulanabilirliğini doğrulamaktadır.

Kesin Karar

Intel Larrabee prototipinin gün ışığına çıkarılması ve operasyonel olarak yeniden canlandırılması, büyüleyici bir donanım hazine avından çok daha fazlasıdır; mimari hırsın hayati bir deneysel vaka çalışmasıdır. Larrabee, 2009'un tüketici grafikleri pazarı için çok ağır, çok karmaşık ve çok verimsiz olduğunu kanıtladı ve sonuçta Intel'i geri çekilmeye ve paralel işleme vizyonunu kurumsal odaklı Xeon Phi serisine yeniden uyarlamaya zorladı. Yine de teknik bir eser olarak, başarıyla açılma, kurtarılan geliştirme sürücülerini yükleme ve Crysis gibi yapımlarda oynanabilir kare hızları sağlama yeteneği, öncü mühendisliğin bir kanıtı olarak duruyor. Donanım