إنتل تطور بنية هندسية جديدة لمراكز البيانات والحوسبة عالية الأداء والذكاء الاصطناعي

كشفت شركة إنتل عن آخر التقنيات التي طورتها في قطاع المعالجات، حيث أعلنت عن بُنى هندسية لنواتي معالجات x86، ولمركزي بيانات SoCos، ولوحدتي معالجة رسوميات منفصلتين، وكذلك عن بنية هندسية للعملاء هجينة ومتعددة النوى مخصصة للأداء العالي مع تركيز كبير على تقنيات الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة.

وللحديث عن هذه التقنيات والابتكارات من إنتل، نأخذكم للتعرف عليها مع راجا كودوري، النائب الأول للرئيس ومدير عام مجموعة أنظمة تسريع الحوسبة والرسوميات في شركة إنتل.

كتب راجا كودوري

تجمع البنى الهندسية للمعالجات بين الأجهزة والبرمجيات لتحقيق الترابط بين المكونات المختلفة، إذ تدمج البنى الهندسية أفضل الترانزستورات مع محركات معينة، وتربطها ببعضها من خلال أنماط تغليف متقدمة، وتدمج النطاق الترددي العالي مع تخزين الطاقة المنخفضة، وتزودها بذاكرة عالية السعة وذات نطاق ترددي عالي وتوصيل بيني بزمن وصول منخفض لمجموعات الحوسبة الهجينة في الحزمة الواحدة، مع ضمان عمل البرمجيات بسلاسة. ويتطلع مهندسو إنتل في كل عام، ولا سيما في النسخة الثالثة من يوم البنية الهندسية هذا العام، لتسليط الضوء على أحدث الابتكارات الهندسية المرتقبة التي تقدمها الشركة.

ونستعرض اليوم عددًا من أبرز التحولات التي شهدتها البنى الهندسية لجيل واحد من معالجات إنتل. ويشمل ذلك إلقاء أول نظرة معمّقة على معالج Alder Lake، أول معالج مزود ببنية هندسية هجينة مع جيلين جديدين من نوى معالجات x86 وتقنية جدولة أعباء العمل الذكية Intel® Thread Director؛ ومعالجات Sapphire Rapids، التي تشكل البنية الهندسية المعيارية الجديدة لمراكز البيانات من إنتل، ويضم نوى جديدة عالية الأداء ومحركات تسريع مختلفة؛ ووحدة المعالجة الرسومية GPU الجديدة والمنفصلة من إنتل؛ ووحدات معالجة البنية التحتية الجديدة IPU؛ ومنصة Pointe Vecchio، البنية الهندسية المبتكرة لوحدة معالجة الرسومات والمخصصة لمركز البيانات tour-de-force، والتي تمتاز بالقدرة الأعلى على تنفيذ عمليات الحوسبة بين معالجات إنتل.

وساهمت هذه الابتكارات الهندسية المتطورة في دخول عصر جديد من منتجات إنتل الرائدة والذي بدأ مع معالج Alder Lake. وتوضح الابتكارات التي تم الكشف عنها اليوم دور الهندسة في مواكبة الطلب الهائل على تعزيز أداء عمليات الحوسبة، ولا سيما في ضوء النمو الضخم لأعباء العمل بين الحواسب المكتبية ومراكز البيانات، وازدياد تعقيدها وتنوعها.

ويبذل مهندسو إنتل جهودًا حثيثة لدمج مجموعة الشركة الغنية والفريدة من محركات الحوسبة اللاموجهة، والموجهة، والمصفوفة، والمكانية لإنشاء البنى الهندسية الهجينة لعمليات الحوسبة، والتي توفر مكاسب غير خطية لمواكبة أصعب المتطلبات المتعلقة بأعباء العمل لعملائنا.

أنواع الأنوية التي ستوفرها إنتل:

نواة عالية الكفاءة: تمتاز البنية الهندسية الدقيقة لمعالجات x86 بقابليتها العالية للتطوير بهدف مواكبة مجموعة واسعة من متطلبات الحوسبة الخاصة بعملائنا، بدءًا من تطبيقات الأجهزة المحمولة منخفضة الطاقة، ووصولًا إلى الخدمات المصغرة كثيرة النوى. وبالمقارنة مع Skylake، البنية الهندسية الدقيقة لمعالجات إنتل الأكثر إنتاجية، توفر بنية النواة عالية الكفاءة أداءً بخطوط معالجة مفردة أفضل بنسبة 40% عند تزويدها بمقدار الطاقة نفسه؛ أو نفس الأداء مع انخفاض بنسبة 40% في استهلاك الطاقة.1 أما في أداء معدل الإنتاجية، توفر أربع نوى عالية الكفاءة أداءً أفضل بنسبة 80% مع استهلاك أقل للطاقة مقارنة بنواتي معالجة Skylake، حيث تشغل أربعة خطوط أو معدل الإنتاجية نفسه بطاقة أقل بنسبة 80%.1

نواة عالية الأداء: لا تقتصر مزايا بنية نواة x86 على تقديم أعلى أداء في نوى معالجات إنتل على الإطلاق، وإنما توفر أداءً وظيفياً أفضل للبينة الهندسية للمعالجات، والتي ستسهم في دخول مرحلة جديدة في مجال الحوسبة. فقد تم تصميم هذه النواة لتقديم بنية هندسية أوسع نطاقاً وأكثر عمقاً وذكاءً لتعزيز التزامن، والارتقاء بسوية العمليات المتزامنة، وخفض زمن الوصول، والمساعدة على زيادة الأداء العام، كما تساعد على دعم البيانات الضخمة وتطبيقات البصمة البرمجية الكبيرة. ويسهم المعالج عالي الأداء في تحسين المتوسط الهندسي للبيانات Geomean بحوالي 19% عبر مجموعة واسعة من أعباء العمل الخاصة بالبنية الهندسية الحالية للجيل الحادي عشر الجديد من معالجاتها Core (بينة Cypress Cove core) عند التردد ذاته. 

وتضم النوى عالية الأداء، المصممة لمعالجات مراكز البيانات وللاستخدام في قطاع التعلم الآلي المتنامي، امتدادات المصفوفة المتطورة الجديدة من إنتل، لتنجز عمليات ضرب المصفوفات لمضاعفة الأداء وتحقيق زيادة بحوالي 8 مرات في تسريع تقنيات الذكاء الاصطناعي. 1 تم تصميمها لسهولة استخدام البرمجيات مع الاستفادة من نموذج برمجة x86. 

تقنية جدولة أعباء العمل Intel Thread Director: تم تطوير منهجية إنتل الفريدة لجدولة أعباء العمل لضمان التوافق السلس بين عمل النوى عالية الكفاءة والنوى عالية الأداء، وتحديد أعباء العمل بشكل فاعل منذ البدء بعمليات الحوسبة، وتحسين أداء النظام وكفاءته إلى أقصى حد ممكن في ظروف التشغيل الحقيقية. وتعمل تقنية جدولة أعباء العمل، بفضل التقنيات الذكية المدمجة بشكل مباشر في النواة، بكل سلاسة مع نظام التشغيل لترتيب خطوط المعالجة بشكل صحيح على النوى الملائمة لها وفي الوقت الصحيح.

معالج Alder Lake: من خلال إعادة ابتكار البنية الهندسية متعددة النوى، سيقدم معالج Alder Lake أول بنية هندسية هجينة ومخصصة للأداء من إنتل مزودة بتقنية جدولة أعباء العمل الجديدة Intel Thread Director، ويعد شريحة معالجة النظام على الرقاقة الأكثر ذكاءً من إنتل، والتي تضم مزيجاً من النوى عالية الكفاءة والنوى عالية الأداء، ويتدرج نطاق عملها من الأجهزة المحمولة إلى الحواسب المكتبية، وتتولى قيادة مسيرة التحول في القطاع من خلال منافذ الإدخال والإخراج والذواكر المتعددة الرائدة في القطاع. وستبدأ عمليات شحن المنتجات التي تعمل بمعالجات Alder Lake خلال هذا العام.

البنية الهندسية X^eHPG وشريحة المعالجة Alchemist: تقدم إنتل بنية هندسية مصغرة لمعالجات الرسومات المنفصلة، والتي تم تصميمها خصيصًا للعملاء من عشاق الألعاب وذوي أعباء العمل الضخمة. وتضم البنية الهندسية المصغّرة X^eHPG عنصرًا جديدًا هو Xe-core الذي يركز على عمليات الحوسبة ويمتاز بقابلية البرمجة والتطوير، ويوفر دعمًا كاملًا لنظام DirectX 12 Ultimate. وتعمل محركات المصفوفة الجديدة في عنصر Xe-cores (المشار إليها باسم XMX – امتدادات مصفوفة X^e) على تسريع معالجة أعباء العمل المستندة إلى الذكاء الاصطناعي مثل تقنية X^eSS، وهي تقنية ترقية جديدة توفر مستويات عالية من الأداء والدقة في تشغيل الألعاب. وستتاح شرائح Alchemist (التي كانت تُعرف سابقاً باسم DG2) المستندة إلى بنية Xe HPG في الأسواق خلال الربع الأول من العام 2022 تحت علامة Intel Arc الجديدة.

معالجات Sapphire Rapids: ترسي معالجات Sapphire Rapids معايير جديدة للجيل التالي من معالجات مراكز البيانات، حيث تجمع النوى عالية الأداء مع محركات تسريع المعالجة الجديدة من إنتل. ويضم معالج Sapphire Rapids شريحة معيارية مسطحة ذات بنية هندسية توفر قابلية تطوير كبيرة مع الحفاظ على مزايا واجهة وحدة المعالج المركزي المتجانسة بفضل تقنية التغليف متعدد القوالب المتقدمة EMIB من إنتل وبنيتها الشبكية فائقة التطور.

وحدة معالجة البنية التحتية: تعد Mount Evans أول وحدة معالجة للبنية التحتية المستندة إلى رقاقات الدائرة المتكاملة للتطبيقات (ASIC)؛ إلى جانب وحدة معالجة البنية التحتية القائمة على تقنيات مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGA) والتي تحمل الاسم الرمزيOak Springs Canyon. ومن خلال البنية الهندسية لوحدة معالجة البنية التحتيّة من إنتل، يمكن لمزودي خدمات الحوسبة السحابية زيادة إنتاج مراكز البيانات من خلال إلغاء تحميل مهام البنية التحتيّة من المعالجات ونقلها إلى وحدات معالجة البنية التحتيّة، ما يتيح لهم تأجير خوادم معالجاتهم بنسبة 100% إلى عملائهم.

البنية الهندسية X^e HPC تحت الاسم الرمزي Ponte Vecchio: تشكل البنية الهندسية Ponte Vecchio شريحة المعالجة الأكثر تعقيدًا من تصميم إنتل حتى الآن، ومثالًا ساطعًا على التطبيق العملي لاستراتيجيتها IDM 2.0. وتستفيد بنية Ponte Vecchio من عمليات أشباه الموصلات الأكثر تقدماً، وتقنية التوصيل البيني متعدد القوالب EMIB، وتقنية تكديس الشرائح Foveros 3D فائقة التطور من إنتل. ومن خلال هذا المنتج، نقوم بإحياء واحد من أهم مشاريعنا المتمثل بتقديم جهاز يضم مئة مليار ترانزستور يوفر مستويات رائدة في القطاع من حيث عملية النقطة العائمة بالثانية (فلوبس)، وكثافة عالية في عمليات الحوسبة لتسريع أعباء العمل المرتبطة بالذكاء الاصطناعي وعمليات الحوسبة عالية الأداء والتحليلات المتقدمة. كما بيّنا في يوم البنية الهندسية أن سيليكون Ponte Vecchio يحقق أعلى مستويات الأداء في القطاع من حيث الاستدلال وإنتاجية التدريب، ويوفر سيليكون A0 معدل نقل بأكثر من 45 تيرافلوبس بنمط FP32، وعرض نطاق أكبر من 5 تيرابايت في الثانية من شريحة الذاكرة، وعرض نطاق اتصال أكثر من 2 تيرابايت في الثانية. وسيتم استخدام بنية Ponte Vecchio، كما هو الحال في البنى الهندسية X^e الخاصة بنا، في واجهة oneAPI، حزمة برامجنا المفتوحة والقائمة على المعايير وذات البنية الهندسية المشتركة والموحدة بين البائعين.

وعند الاطلاع على إنجازاتنا في العام الماضي، ندرك الدور المحوري الذي لعبته التكنولوجيا في أنماط التواصل والعمل واللعب والتأقلم مع أزمة كوفيد-19. وقد برهنت عمليات الحوسبة الضخمة على أهميتها الكبيرة. ولا شك بأننا سنواجه مستويات ضخمة من الطلب على الحوسبة مستقبلاً؛ قد تصل إلى 1000 ضعف بحلول عام 2025، ما يعادل خمسة أضعاف قانون مور.

وتعليقًا على هذا الموضوع، قال بات جيلسنجر، الرئيس التنفيذي لشركة إنتل والذي يعمل مهندساً أيضًا، خلال يوم البنية الهندسية: “نواجه تحديات ضخمة تتعلق بالحوسبة ويتطلب حلها إحداث نقلة نوعية في البنى الهندسية والمنصات، وهو ما نجح مهندسونا المبدعون في تحقيقه من خلال هذه التقنيات فائقة التطور”.

ويعوّل العالم كثيرًا على المهندسين لحل أصعب مشاكل الحوسبة وإثراء حياة الناس، ما يمثل الدافع الأساسي لتحديث استراتيجيتنا وتسريع وتيرة تنفيذها.