Processeurs à grand nombre de cœurs (manycores)

Sans prendre en compte les processeurs graphiques (GPU) qui constituent à eux seuls une classe d’architecture, les processeurs à grand nombre de cœurs se distinguent des processeurs multicœurs, non seulement par le nombre de cœurs, mais également par un certain nombre de caractéristiques : le type et la performance des cœurs, la décomposition hiérarchique en clusters (ou nœuds) de cœurs, le modèle mémoire (mémoire partagée ou mémoire distribuée) et les problèmes logiciels liés au fait qu’ils sont presque toujours utilisés comme coprocesseurs. Ces manycores sont utilisés dans deux grandes classes d’applications : celles, comme le calcul scientifique, pour lesquelles la haute performance est le critère le plus important d’une part, et les applications mobiles et embarquées haute performance pour lesquelles les contraintes énergétiques sont fondamentales, d’autre part.

Les différentes caractéristiques sont présentées avec les différentes variantes. Puis quatre exemples de processeurs manycores sont détaillés. Les deux premiers sont destinés au calcul haute performance et dissipent deux à trois centaines de watts :

• les processeurs et coprocesseurs Xeon Phi d’Intel avec les modèles Knights Corner et Knights Landing ;

• le manycore SW26010 utilisé dans le superordinateur chinois TaihuLight qui a été de Juin 2016 à Novembre 2017 le premier au TOP500 des superordinateurs.

Les deux exemples suivants sont des architectures destinées aux applications mobiles et embarquées haute performance et dissipent de quelques watts à trois dizaines de watts :

• les processeurs implantant l’architecture Epiphany d’Adapteva, avec deux versions utilisées à 16 ou 64 cœurs et une version 1 024 cœurs qui semble être un échec ;

• l’architecture MPPA de Kalray, avec notamment l’étude des versions MMPA2 et MPPA3.

L’approche Xeon Phi, utilisant la mémoire partagée et des cœurs non suffisamment simplifiés par rapport à ceux des multicœurs, a des performances insuffisantes par rapport aux processeurs graphiques, ce qui a conduit en 2018 à son abandon par Intel. Les manycores SW26010 et Pezy SC-2 utilisent une hiérarchisation de cœurs et la mémoire partagée. Ils sont utilisés dans des superordinateurs ayant les meilleures performances au monde. Les processeurs manycores destinés aux applications embarquées haute performance sont prometteurs. Si Adaptera n’utilise que les versions Epiphany 16 et 64 cœurs, Kalray, avec l’architecture MPPA3 dont la puissance dissipée reste de l’ordre de 20 W et avec ses extensions arithmétiques pour la vision par ordinateur et l’apprentissage profond, semble bien positionné dans cette classe d’applications.

Les processeurs manycores ne sont pas la continuité des multicœurs avec un plus grand nombre de cœurs. Le nombre de cœurs est très loin d’une progression exponentielle. Les nouvelles applications de l’intelligence artificielle semblent favoriser les manycores à faible consommation et les aider à trouver leur créneau dans les choix entre multicœur, GPU et FPGA.