De Amerikaanse chipontwerper Adapteva wil supercomputers voor allen, en vraagt hiervoor om donaties. Via crowdfundingsite Kickstarter is het Parallela-project opgezet voor een gelijknamig supercomputer-board. Hiermee wil de ontwerper van energiezuinige multicore RISC-processors (reduced instruction set computing) niet alleen zijn product in computers krijgen en die aan de man brengen. Minstens zo belangrijk is het hogere doel van parallel computing.

Een prototype van de 'Raspberry Pi met superpower': Klik voor groot Bron: Adapteva

Parallele problemen

Het benodigde werk om parallel computing makkelijker, gebruiksvriendelijker en daarmee breder toepasbaar te maken is moeilijk. Adapteva haalt de stelling aan dat dit probleem minstens zo moeilijk is als welk ander probleem dan ook wat de computerwetenschap tot op heden is tegengekomen. Het ontwerp van complexe hardware waar meerdere cores tegelijk samenwerken, zonder doublures en met snelle afstemming en data-coherentie, is slechts het begin. Aan de softwarekant moet er vervolgens veel werk gebeuren, ook nu anno 2012 nog.

Software dreigt tegen een muur op te lopen, omdat het niet goed meeschaalt met mega-multicoresystemen: Klik voor groot Bron: Adapteva

Ict-giganten als IBM, Sun Microsystems (nu in handen van Oracle), AMD, Intel, Microsoft en vele, vele anderen werken hier al jaren aan. Natuurlijk werkt ook de open source-gemeenschap mee. Soms ieder voor zich, maar vaak ook in samenwerkingsverbanden. Soms voor bestaande systemen, programmeertalen en platformen. Soms voor geheel nieuwe software en zelfs besturingssystemen. Terwijl de mogelijke voordelen groot zijn, speelt er ook het risico van inefficiënt gebruik door 'ouderwetse' programmatuur op nieuwe, multicore systemen.

Software loopt achter op hardware

Dat is al gebleken bij de eerste Pentium 4-processors met HyperThreading. Die ingebouwde 'namaak-multicore' werd niet altijd optimaal benut door toenmalige software. Het duidelijkste voordeel werd behaald door naast elkaar draaiende applicaties, vooral omdat software nog niet goed multithreaded was gemaakt. Sindsdien is er weliswaar vooruitgang geboekt, ook op de desktop. Toch is meer parallelliteit hard nodig, onder meer door de opkomst van cloud computing én de ontwikkeling van manycore-processors.

Het is dus van belang om ontwikkelaars en it-wetenschappers te voorzien van de middelen om nieuwe parallelle rekenmodellen te ontwikkelen, uit te proberen en naar de markt te brengen. Hier komt Adapteva om de hoek kijken met zijn Parallella-project. Het bedrijf wil goedkope moederbordjes maken, à la microcomputer Raspberry Pi, om daarmee iedereen toegang te geven tot parallelle hardware die betaalbaar en echt open is.

Wat belooft Parallella, en wat krijgen donateurs? Lees verder op pagina 2.

16-core, naast dualcore ARM

Dit project doet niet alleen denken aan de Raspberry Pi, en aan soortgenoot Arduino, maar is daar ook rechtstreeks door geïnspireerd. Adapteva wil via Kickstarter zo'n 750.000 dollar binnenhalen. Met dat geld gaat het bedrijf een supercomputer-op-een-microboard maken van slechts 8,6 bij 5,3 centimeter, die het dan voor 99 dollar per stuk verkoopt. Zo'n board heeft een 16-core RISC-chip van Adapteva. Die Epiphany-processor is al ontworpen en wordt sinds mei vorig jaar aan praktijktests onderworpen.

Het multicore-ontwerp van de Epiphany-chip, die een ARM- of een Intel-processor terzijde kan staan: Klik voor groot Bron: Adapteva

Als hoofdprocessor doet een dualcore A9-cpu van ARM dienst, die dus wordt bijgestaan door de 32-bit Epiphany-acceleratorchip. Elk Parallella-board is voorzien van 1 GB geheugen, twee usb 2.0-poorten, een Gigabit Ethernet-aansluiting, een HDMI-poort voor video-uitvoer, een slot voor microSD-geheugenkaarten en twee connectors voor algemene hardware-uitbreiding.

'Equivalent aan 45 GHz'

Deze hardware levert volgens de producent de equivalente rekenkracht op van een processor met een kloksnelheid van 45 Gigahertz. Die vergelijking geldt voor een 64-core uitvoering van de Epiphany-processor. De 16-core variant komt uit op 13 GHz, rekent techsite Anandtech voor. Dit prestatieniveau wordt bereikt op een microboard wat slechts 5 Watt aan gemiddeld energieverbruik heeft.

Gekeken naar rauwe GHz is dit meer rekenkracht dan een zware server van enkele duizenden dollars die 400 Watt verbruikt, prijst Adapteva zijn microsuper aan. Op basis van GHz per Watt is het Epiphany-ontwerp zo'n vijftig keer efficiënter dan bestaande chips, waaronder cpu's (centrale processors), gpu's (grafische processors) en gespecialiseerde chips als fpga's (field-programmable grid arrays) en dsp's (digital signal processors). Een efficiencyvergelijking op basis van berekeningen per seconde (Gigaflops) per Watt komt dit multicore-ontwerp 'slechts' drie tot vijfentwintig keer beter uit de bus.

Mei of februari 2013

Standaard komt het Parallella-supercomputerboard met Linux-distributie Ubuntu en met open source-ontwikkeltools voor de Epiphany multicore-chip. Voor gebruik hiervan is geen aparte kennis of bedrijfseigen software nodig. De leverancier benadrukt dat zijn multicore-architectuur gewoon is te gebruiken met C/C++.

Adapteva heeft al prototypes van zijn beoogde supercomputerboard, maar wil die én verfijnen én in massaproductie laten maken. Daarvoor zamelt het nu geld in via Kickstarter. Donateurs die 99 dollar schenken, krijgen in mei komend jaar hun eigen Parallella. Gulle gevers die 499 dollar overmaken, krijgen in februari al hun board. Tussenbedragen zijn ook mogelijk, waarbij donateurs bijvoorbeeld twee eigen microsupers krijgen.

Dit is het huidige ontwerp, op een generiek board wat nog verfijnd moet worden: Klik voor groot Bron: Adapteva

Of 64-core

Het bedrijf moet hiervoor wel het zelf gestelde inzamelingsdoel van 750.000 dollar halen, vóór 27 oktober. Op dit moment heeft het al bijna 400.000 dollar binnen, ook van enkele donateurs die elk minstens 10.000 dollar inleggen. Het merendeel van de bijdragen zit op de 99 dollar, gevolgd door de 199 dollar.

Boven het minimum van 750.000 dollar heeft Adapteva nog een tweede doel gesteld: van 3 miljoen dollar. Als dat bedrag wordt binnengehaald, krijgt het Parallella-ontwerp een upgrade naar een 64-core board. Dat moet voor losse aanschaf dan 199 dollar kosten. De 64-core Epiphany bestaat al en is ook getest in prototype-boards.

De 64-core variant van de Epiphany-chip in een rekenwedstrijd tegen een standaard desktop-pc. De test is een demo die parallel matrices doorrekent, van 512 bij 512 elementen.