9. Les SPE : la force du Cell (suite)
LS
Plus que des processeurs, les SPE sont de véritables petits ordinateurs vectoriels vu qu’ils disposent également de leur propre mémoire embarquée sous la forme de 256 Ko de SRAM appelée Local Store dans la terminologie Cell. Contrairement à ce que laisse entendre l’utilisation de SRAM, et à ce que vous avez sans doute pu lire ici où là ces 256 Ko ne sont pas de la mémoire cache ! La notion de cache implique invariablement une hiérarchie mémoire, et demande de la logique spécifique pour gérer le remplacement des données en mémoire cache. Tout ceci est absent de la mémoire locale des SPE pour plusieurs raisons.
La première est une raison économique, en effet le cache est plus coûteux en termes de transistors et plus complexe à mettre en place. Les autres raisons sont d’ordre plus technique.
En effet cette fameuse LS offre une latence de seulement 6 cycles ce qui est assez impressionnant. Si cette mémoire avait été du cache, soit sa latence aurait nettement augmentée, soit IBM aurait du consentir à en embarquer une plus faible quantité. A ce propos il semblerait que les premiers prototypes de Cell n’embarquaient que 64 Ko de LS, ce chiffre a ensuite été augmenté à 128 Ko puis à 256 Ko actuellement.
La troisième raison, et la plus importante, est que comme nous l’avons vu les SPE sont destinés à effectuer du stream processing. Comme décrit précédemment le stream processing consiste à appliquer un « noyau » d’instructions à un très large ensemble de données variées. Pour ce genre de situations les caches qui reposent sur les principes de localités (spatiales ou temporelle) ne sont pas adaptées car il y a très peu de chance que les données soient réutilisées. Un petit espace mémoire, dont l’organisation est à la charge du programmeur est donc plus indiqué. Toutes ces raisons expliquent le choix d’IBM.
Notons qu’un des compromis pour une telle taille mémoire embarquée est que la Local Store ne dispose que d’un port en lecture/écriture, ce qui signifie qu’une priorité doit régir l’ordre des accès simultanés à la mémoire. La plus haute priorité est donnée aux transferts DMA provenant du PPE, la seconde priorité est donnée aux transferts DMA du SPE et enfin la troisième, et plus basse, aux chargement des instructions du SPU.
MFC
Si les SPE disposent d’une mémoire extrêmement rapide, ils ne peuvent en revanche adresser que ces maigres 256 Ko. Comme cet espace mémoire est insuffisant pour la majeure partie des programmes, les SPE doivent pouvoir faire transiter des données depuis la mémoire principale en permanence. C’est le rôle du MFC qui est en fait un contrôleur DMA associé à une MMU (Memory Management Unit) pour assurer la cohérence des données en mémoire.

Le MFC gère deux files de commandes DMA : une interne contenant les requêtes du SPE, et l’autre externe contenant les requêtes du PPE ou des autres SPE. La file de requêtes interne peut contenir jusqu’à 16 commandes et chaque requête peut transférer jusqu’à 128 Ko de données, de ou vers la Local Store. Lorsque le SPE demande une donnée en provenance de la mémoire externe la MMU gère la traduction d’adresse avant de la placer sur le bus. Notons également que le MFC peut transférer des données depuis la Local Store directement dans la mémoire cache de niveau 2 du PPE afin de rendre des données critiques accessibles plus rapidement.

10. Le PPE : le maître d’œuvre
Alors que les SPE constituent la partie exotique du Cell, le PPE est pour sa part beaucoup plus traditionnel. On se retrouve ainsi devant une nouvelle implémentation 64 bits de l’ISA PowerPC qui trouve ses racines dans un projet d’IBM datant de 1997 et qui visait à créer un processeur simple mais capable d’atteindre la fréquence d’horloge de 1 GHz. Huit ans plus tard ce projet a bien changé mais le PPE hérite de la simplicité de son ancêtre.
Le design du PPE rappelle donc celui des premières implémentations de l’ISA PowerPC : exécutant les instructions dans l’ordre (pas de réordonnancement dynamique des instructions) et offrant une forme limitée d’exécution superscalaire. On est donc très loin ici d’un PowerPC 970.
Le PPE dispose d’une hiérarchie mémoire classique avec deux mémoires cache de niveau 1 distinctes pour les instructions et les données de 32 Ko chacune, et une mémoire cache de niveau 2 unifiée de 512 Ko.
A chaque cycle le PPE est capable de lancer l’exécution de deux instructions par cycle pourvu qu’elles ne présentent pas de dépendances entre elles et qu’elles occupent des unités différentes. En effet le PPE ne dispose que d’une FPU, d’une unité vectorielle et d’une ALU. L’absence de réordonnancement dynamique des instructions limite encore plus l’IPC de ce processeur.

Le PPE doit en effet reposer sur l’ordonnancement statique effectué par le compilateur là où les processeurs modernes (à quelques exceptions comme l’Itanium) utilisent l’ordonnancement dynamique afin de réduire les suspensions dans le cas où les dépendances ne sont pas connues à la compilation.
Prenons par exemple la suite d’instructions suivante :
R0 = R1 * 2
R2 = R0 + 2
Ces deux instructions utilisent l’unité de calcul entière du PPE. Toutefois la deuxième instruction ne peut être exécutée tant que le résultat de la première ne sera pas connu. Et plus le pipeline est long plus ce résultat prendra de cycles à être déterminé. Pour contourner le problème, les processeurs à ordonnancement dynamique disposent d’une fenêtre d’instructions à lancer et sélectionnent dans cette fenêtre des instructions ne présentant pas de dépendances avec la première.
Ainsi en attendant que le résultat de la première instruction soit disponible ces CPU peuvent effectuer du travail utile pour la suite. Un CPU à ordonnancement statique pour sa part devra suspendre le pipeline diminuant largement son efficacité. Un autre avantage des processeurs à réordonnancement dynamique est qu’ils peuvent masquer les défauts du cache de niveau 1 en exécutant encore une fois d’autres instructions indépendantes lorsqu’une donnée doit être récupérée depuis la mémoire cache de niveau 2. Evidemment l’exécution dans le désordre à un coût, vu qu’il faut une fenêtre d’instructions et sauvegarder l’ordre des instructions dans une table afin de garantir une exécution ordonnée du programme au final. Des registres de renommage sont également nécessaires pour éliminer les fausses dépendances qui peuvent être introduites.

11. Le PPE : le maître d’œuvre (suite), l´EIB
IBM a préféré éviter d’ajouter une telle complexité dans son processeur, et le justifie en disant qu’ainsi le comportement est nettement plus prédictif pour le programmeur. Justification pour le moins discutable. En revanche pour limiter les cycles perdus par une architecture de ce type, IBM a rendu le PPE capable d’exécuter des instructions de deux threads en parallèle : lorsqu’un thread est suspendu par une dépendance, l’autre thread prend le relais et occupe ces précieux cycles CPU avec du travail utiles au lieu d’introduire des suspensions dans le pipeline. On parle de SMT pour Simultaneous MultiThreading. Le coût en logique est minime et le gain de performances induit peut être très intéressant. Surtout dans une architecture comme celle du PPE incapable de réordonnancer ses instructions. En revanche l’impact sur la mémoire cache peut parfois s’avérer désastreux.
La technique utilisée par le PPE n’a pas été décrite par IBM aussi nous ne pouvons ici qu’émettre des suppositions, toutefois il semblerait que la méthode utilisée soit nettement moins flexible que celle de l’Hyperthreading d’Intel. Une piste viendrait des déclarations de nombreux programmeurs (dont John Carmack et Gabe Newell) qui se sont plaints des performances du PPE (et du Xenon de la Xbox 360 par la même occasion) dans le cadre de programmes monothreadés. Ils ont en particulier dénoncé le discours de Sony et Microsoft, vantant leur impressionnante fréquence d’horloge à la moindre occasion, en indiquant qu’en pratique il fallait, dans certains cas, la diviser par deux pour obtenir une meilleure estimation des performances de ces CPU.
Encore plus troublant, lors de sa présentation sur le Cell à la dernière GDC, Dean Calver programmeur d’un jeu PS3 appelé Heavenly Sword, a indiqué qu’il conseillait de considérer, d’un point de vue logiciel, le PPE comme deux processeurs distincts fonctionnant à une fréquence deux fois moins élevée. Enfin IBM lui-même a précisé que l’exécution des threads était entrelacée sans donner plus de précision.
Ce que l’on peut déduire de tout cela, mais encore une fois cela reste des spéculations, est que l’implémentation du SMT par le PPE est assez limitée en ce sens qu’un thread ne peut lancer l’exécution d’une instruction que tous les deux cycles, l’autre cycle étant réservé à l’exécution d’une instruction de l’autre thread. Ainsi dans le cadre d’une application monothreadée on se retrouverait effectivement avec l’équivalent d’un processeur de fréquence deux fois moins élevée.
Ceci dit ceci n’est qu’une hypothèse et si l’on en croît l’article de Microprocessor Report elle serait fausse. Ainsi dans le cas où un des threads ne serait pas capable d’exécuter une instruction lors de son cycle, alors l’autre thread pourrait exécuter des instructions tous les cycles et non tous les deux cycles. Il semblerait donc que la situation ne soit pas aussi dramatique, mais l’implémentation du SMT par le PPE reste assez mystérieuse et dans tous les cas plus limitée que l’Hyperthreading car elle ne permet pas, à un cycle donné, d’avoir deux instructions de deux threads différents en cours de traitement dans des unités distinctes.

L’EIB : un anneau pour les gouverner tous
Pour garantir une bonne communication entre ces divers éléments, il fallait un réseau d’interconnexions efficace. IBM a donc développé un bus en anneau appelé EIB. En fait il s’agit plus précisément de quatre anneaux unidirectionnels : deux transférant les données dans un sens, et deux dans l’autre afin de minimiser la latence introduite par la structure en anneau. Ainsi dans le pire des cas la latence n’est que la moitié de la distance totale de l’anneau. Chaque anneau offre une largeur de 16 octets (plus un tag de 8 octets) mais ne fonctionne qu’à la moitié de la fréquence d’horloge.

12. Conclusion
Alors le Cell une révolution ? N’allons pas si vite en besogne, parler de révolution est un bien grand mot. S’il faut reconnaître que l’approche d’IBM est intéressante sur de nombreux points elle n’est néanmoins pas parfaite. Ainsi l’approche qui vise à simplifier la logique de contrôle pour privilégier la logique d’exécution est assurément la voie à suivre pour les besoins des applications futures. Intel avait d’ailleurs suivi la même voie pour son architecture EPIC. En revanche là où l’Itanium cherchait à accroître l’ILP, le Cell mise tout sur le TLP par l’intermédiaire de multiples processeurs vectoriels. Il y a fort à parier que de nombreux fabricants de microprocesseurs suivront une approche de ce style dans les années qui viennent. Intel l’a d’ailleurs déjà annoncé dans sa roadmap. Après une phase qui consiste à inclure de multiple core généralistes au sein d’un CPU, le fondeur californien a déjà prévu d’ajouter de multiples cores spécialisés à ses processeurs.
S’il n’y a donc pas grand-chose à reprocher aux SPE, on peut en revanche être plus circonspect en ce qui concerne le PPE. IBM a peut être poussé un peu trop loin l’esprit de simplification et un core généraliste plus performant, capable du lancement multiple d’instructions dans le désordre aurait été préférable. Mais les compromis nécessaires pour rendre le processeur relativement peu coûteux à fabriquer dans l’optique de son utilisation dans des appareils grands publics par Sony et Toshiba risque de compromettre son utilisation dans des stations de travail.
Une rumeur qui circule laisserait d’ailleurs entendre que le Cell avait été proposé à Steve Jobs pour les futurs Macintosh mais que celui-ci l’aurait refusé. Ce refus est sans doute la combinaison de choix autant marketings que techniques, mais elle n’incite pas à l’optimisme quant au futur du Cell dans les ordinateurs personnels.
N’oublions toutefois pas que lorsque nous parlons du Cell nous parlons en fait de la première implémentation de l’architecture Cell qui a été présentée récemment par IBM et qui sera utilisée par la PS3 de Sony. D’autres implémentations corrigeront certainement les défauts constatés dans cette première mouture. La question n’est donc pas tant de savoir si l’idée du Cell est bonne, car elle l’est assurément, mais plutôt de se demander si IBM n’est pas un peu trop en avance en tentant de la réaliser dés aujourd’hui.

Il parrait pourtant évident que la Cell est plus puissant & Performant. Il suffit juste d´aller regarder du coté IBM pour le voir. Les infos sur le Cell est le TrieCore sont dispo pour tous ! Donc je comprend pas qu´on puissent essayer de developper sur la question si on connais rien !

Je vois énormement de pro Xbox qui rabote dans le vide sidérale

Alors qu´ils auraient vue leurs conneries simplement en cherchant sur internet..

Un article interressent pour la physique :

http://www.play3-live.com/dossiers-ps3/physx-et-cell.html

"Pour faire relativement simple, un processeur multi-cores (Le PowerPC de la xbox360 par exemple) pourra très bien en tirer parti, mais différemment..
Et c´est là que le Cell accélère...
Lui ne se contentera pas de noyer dans la masse ces calculs et des les mettre "à la queue" en les executant par cycles d´horloge, mais les assignera aux SPU* de ses SPE* qui les traiteront spécifiquement et efficacement, travaillant comme des PPU* (Physics proccessing unit).

De l´aveu même des concepteurs de l´Unreal Engine, "les meilleurs CPU actuelles peuvent afficher 30 à 40 objets aux réactions physiques complexes quand un seul PPU pourrait en gérer plus de 30,000""

Sur le site officiel PS3 on peut lire ca :

"Comment la PLAYSTATION®3 utilise-t-elle le calcul en temps réel pour produire des expériences de jeu plus riches ?

On parle de temps réel quand différents éléments d’un jeu (les graphismes, le son, la physique, etc.) sont créés au moment où ils sont nécessaires, autrement dit en temps réel, et non pas calculés en avance pour être simplement utilisés plus tard dans le jeu. Le calcul en temps réel des graphismes et autres éléments d’un jeu n’est pas nouveau, mais la technologie précédente limitait le nombre de calculs pouvant être effectués en temps réel à un moment précis du jeu. Jusque-là, les développeurs de jeux ont donc dû utiliser des astuces, comme faire des séquences de jeu pré-calculées ou des mouvements pré-animés pour créer des personnages et des environnements riches et très détaillés. Mais le problème est que les séquences pré-calculées ne sont pas interactives, elles ne peuvent pas être modifiées, et elles apportent donc à chaque fois la même expérience de jeu. En revanche, tout ce qui est créé en temps réel peut changer, s’adapter et varier d’un moment à un autre. Pour effectuer de multiples calculs en temps réel, une puissance de calcul importante est nécessaire, et c’est ce qui faisait auparavant défaut. Grâce au processeur Cell™ et à son architecture multicoeur avancée, le système PLAYSTATION®3 dispose d’une grande puissance de calcul et peut maintenant gérer beaucoup plus de calculs en temps réel dans les jeux que les équipements de jeu des générations précédentes. Cela implique que la PLAYSTATION®3 est capable de créer des expériences de jeu plus riches, plus détaillées et moins prévisibles que ce qu’il était possible de faire par le passé.

Comment ces calculs en temps réel de nouvelle génération se manifestent-ils dans les jeux PS3 ?

Dans MotorStorm, par exemple, les véhicules creusent et déforment le sol là où ils passent, et altèrent ainsi de façon permanente la surface. Les marques et les déformations qu’un véhicule fait dans le sol durant un tour sur un circuit sont toujours présentes quand un joueur repasse plus tard. Les changements météorologiques durant une partie ont aussi un impact sur le terrain et influent donc sur l’expérience de pilotage en la rendant fidèle à la réalité. Les véhicules sont si détaillés que leur comportement (suspension, accélération et freinage) dépend vraiment des conditions météorologiques et du terrain, ce qui fait qu’en jouant, on a l’impression de piloter le vrai modèle. À l’aide des calculs en temps réel, MotorStorm procure une véritable expérience du tout-terrain car chaque rocher, chaque ornière et chaque trou de pneu dans le paysage jouent sur la suspension pour procurer une expérience de pilotage sans précédent. Dans Resistance: Fall of Man, les joueurs ne pourront pas rester tranquillement cachés derrière la plupart des obstacles, parce que ces derniers se fendront, se casseront ou voleront en éclats plus ou moins vite en fonction de leur solidité et de l’arme utilisée pour tirer dessus. Par ailleurs, les environnements comprendront bien plus d’objets mobiles, destructibles et interactifs, qui en plus de rendre le monde plus réaliste le rendront nettement plus chaotique durant les combats.”

Lol les détracteurs aurons de la lecture là

si quelqu´un comprend les trucs qui sont dit dans le long post de [aligator] (pas le dernier celui d´avant) chapeaux !

Autres chose sur le PhysX :

http://www.play3-live.com/news-ps3/958/l-outil-physx-2-4-de-ageia-optimise-pour-la-ps3.html

"Ageia Technologies vient d´annoncer que la dernière version de son outil de développement, le PhysX, sera disponible au 31 mars 2006 pour les développeurs PS3.

Cet outil comprend des fonctionnalités avancées en terme de gestion physique, ainsi que des capacités de multithreading, spécialement destinés à l´architecture de processeur de la PlayStation 3, le Cell. La toute dernière mouture du PhysX, la 2.4, est spécialement optimisée pour le Cell."

"Dominic Mallinson, le vice président du département recherche et développement de Sony Computer Entertainment Inc. (ca fait long sur la carte de visite !) déclare : "La simulation physique en temps réel est la nouvelle frontière dans le divertissement informatique, et la PlayStation 3 ouvrira la voie grâce à l´aide de la technologie du Ageia PhysX. Notre collaboration avec Ageia permettra de fournir aux développeurs un autre outil puissant, permettant la création de divertissements incroyablement riches et réalistes.""

http://www.play3-live.com/news-ps3/1028/ageia-aime-toujours-le-cell.html

"Dans la PS3, le GPU est comparable à une "Nvidia Geforce 7900+", mais avec le Cell en plus.

wario03 Posté le 05 novembre 2006 à 19:07:14 si quelqu´un comprend les trucs qui sont dit dans le long post de [aligator] (pas le dernier celui d´avant) chapeaux !

Moi je comprends. Mais ce que tu dis relfete bien la tendance: Je sais pas, mais j´argumente en disant que le Cell est pas si terrible que ca.

Je ne parle pour toi bien sure. Enfin, je me fais comprendre..

• Akatsuki_Saeki profil

* Posté le 05 novembre 2006 à 19:02:16 avertir modérateur
* Il parrait pourtant évident que la Cell est plus puissant & Performant. Il suffit juste d´aller regarder du coté IBM pour le voir. Les infos sur le Cell est le TrieCore sont dispo pour tous ! Donc je comprend pas qu´on puissent essayer de developper sur la question si on connais rien !

Je vois énormement de pro Xbox qui rabote dans le vide sidérale

Alors qu´ils auraient vue leurs conneries simplement en cherchant sur internet..

chez iBM ok, maintenant allons voir du coté xbox chez major nelson:

http://www.majornelson.com/archive/2005/05/20/xbox-360-vs-ps3-part-1-of-4.aspx

apres je pense pas qu´on puisse faire des benchs à moins qui mettent 3dmark sur nos consoles alors bon on s´en fou.

Mais attend Major nelson le Xboxien, je l´aime bien. Mais je préfére IBM quand meme !

Merci.

je n´ai jammais dit que le CELL etait pas térible ! au contraire j´ai dit que ce processeur etait plus puissant que celui du la 360 mais que les developpeur ne savent pas l´éxploité a fond pour l´instant et que dans les premiere années de la ps3 les jeux seront quasiment identique etant donné qu´elle sort plus tard,mais une fois maitrisé la ps3 aura une puissance superieure (relis mes post depuis le début du topics tu verras !)

Y´a des trucs de fou ici, y´a des post d´environ 4000 lignes! Ca prouve qu´il y a des passionnés (même si on le savait déjà).

ca s´apelle du copié collé.

encore une fois belle preuve d´ouverture d´esprit (akatsuki).

Vivement la Ps3 quoi

je n´ai jammais dit que le CELL etait pas térible ! au contraire j´ai dit que ce processeur etait plus puissant que celui du la 360 mais que les developpeur ne savent pas l´éxploité a fond pour l´instant et que dans les premiere années de la ps3 les jeux seront quasiment identique etant donné qu´elle sort plus tard,mais une fois maitrisé la ps3 aura une puissance superieure (relis mes post depuis le début du topics tu verras !)

malgrer le faite que le Cell n´est pas encore maitriser ...
Motorstorme surpasse tous les jeux de cours confondu en terme de graphisme d´ia et de physique .

"Motorstorme surpasse tous les jeux de cours confondu en terme de graphisme d´ia et de physique ."

ta ete la cherché où celle là.... ya pas de replique à ca, on sent que t´y crois dur comme fer.

oui je suis d´accord mais Motorstrom n´est qu´un jeu de la ps3 et je doute que les autre jeux de cette consolle arrive a ateindre le niveau graphique,d´IA,physique,de motorstrom !

1. venom911 profil
2. Posté le 05 novembre 2006 à 19:26:25 avertir modérateur
3. "Motorstorme surpasse tous les jeux de cours confondu en terme de graphisme d´ia et de physique ."

ta ete la cherché où celle là.... ya pas de replique à ca, on sent que t´y crois dur comme fer

Je dis ca parceque je le pense et que c´est vrais .
JE ne vois à l´heure actuel aucun jeux qui le surpasse sur ces points .

en jeux de voiture d´accord mais sur les autre caégorie faut pas aller bien loin !

venom911 j´ai pas critiquer Major Neslon, loin de là. J´ai juste dis que je prefere les explication de IBM ! Ensuite je vois les possibilité qui vont avec. Major Nelson parle bcp de fusion "éléments" pour parler de puissance en gros.. Il parle meme de service dans un comparative hard. Pk justifier quoi !?

Pour moi la Ps3 a une marge de puissance supérieur a la 360. L´avantage de la 360 c´est la mémoir, mais quand je vois qu´on peut faire du God Of War avec seulement 32Mo je me dis que bon il vaut mieux avoire un avantage sur le processeur ! Surtout cette facon (Cell) !

• venom911 profil

* Posté le 05 novembre 2006 à 19:26:25 avertir modérateur
* "Motorstorme surpasse tous les jeux de cours confondu en terme de graphisme d´ia et de physique ."

ta ete la cherché où celle là.... ya pas de replique à ca, on sent que t´y crois dur comme fer.

En même temps, à ce jour, je crois qu´il a raison... Motorstorm est, je pense, le plus beau jeu de course qu´il a été donné de voir. Je dis pas qu´il ne sera pas dépassé, et heureusement qu´il le sera, mais aujourd´hui, je n´en vois aucun lui arriver à sa hauteur... Après, il faut voir le reste.