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发布日期：2025-04-03 12:55 点击次数：67
（原标题：又一个芯片架构，走向死灭？）
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2000 年的东京，索尼电脑文娱公司（SCEI）总部的会议室里，久多良木健端起手中的咖啡，望向窗外的东京塔。他的脑海中浮现的并不是 PlayStation 2 的色泽战绩，而是更宽绰的愿景——一个冲破狡计瓶颈的将来。
在一次里面会议上，他向团队展示了一张草图，那是一个对于“Cell 处理器”的主张雏形。他用生物学的比方来描摹：“Cell 处理器就像东说念主体的细胞，而宽带网罗则是由无数细胞构成的社会。” 在他看来，如今的狡计架构——做事器、路由器、交换机——还是被 20 世纪 50 年代的狡计模式管理，必须有新的突破。
强强和解
1999 年，索尼里濒临将来狡计架构的盘考早已张开，但要着实让 Cell 主张落地，索尼需要时间实力更为浑朴的和解伙伴。此时，IBM 也在寻找突破。IBM 微电子公司副总裁 Bijan Davari 觉得，现存的 PC 处理器架构还是走到了极限，必须从零启动设计新架构。
与此同期，东芝也在寻找或者增强其半导体竞争力的契机。东芝半导体公司总裁 Yasuo Morimoto 意志到，将来的耗尽电子市集不单是依赖于处理器，更需要一整套先进的存储和狡计责罚决策。三家公司一拍即合，2000 年底，索尼、IBM 和东芝通知共同开采 Cell 处理器。
和解策画的发布会上，久多良木健带着他艳丽性的边幅通知：“Cell 将会像 IBM 的 Deep Blue 相似集成在一个芯片上。” 这个并排外洋象棋超等狡计机的芯片，筹画是每秒 1 万亿次浮点运算，将来致使不错通过并行狡计达到惊东说念主的 1 千万亿次。
IBM 策画投资 4 亿好意思元，在德克萨斯州奥斯汀的 IBM 工场内诞生设计中心，并在纽约州菲什基尔栽种 300 毫米晶圆厂。索尼取得了 IBM 的 100 纳米 SOI 工艺授权，东芝则策画使用我方的 100 纳米工艺时间。
“咱们从一张白纸启动，遐想五年后需要若何的处理器。” IBM 微电子公司新兴居品总监 Lisa Su 回忆说念。这场豪赌不单是关乎时间突破，更是对将来狡计架构的一次透顶改进。
2003 年头，IBM 在纽约州菲什基尔的工场启动出产 100 纳米工艺，而东芝在横滨的研发中心同步激动。Cell 处理器的架构团队在奥斯汀的实验室里熬夜奋战，尝试将 5 到 10 个不同狡计单位整合到一个芯片中。
IBM 微电子公司副总裁Bijan Davari 诠释说：“Cell 的中枢架构并不是 VLIW，而是一个全新的架构，每个芯片包含多个狡计单位。” 初期版块不会在主处理器芯片上集成镶嵌式 DRAM，但将来 70 纳米和 50 纳米工艺锻真金不怕火后，eDRAM 将成为主流。
久多良木健强调，Cell 的筹画是创建一个“着实贯穿在通盘”的网罗狡计天下。他设计的瞎想网罗将通过光纤贯穿，带宽致使逾越主内存带宽。到 2010 年，他但愿有 1 亿到 2 亿个 Cell 处理器运行在大家各地，构建一个超等狡计网罗。
2004 年，首批基于 Cell 处理器的居品启动出现，而索尼最清苦的次世代主机——PlayStation 3 等于Cell的主战场，在索尼和久多良木健看来，Cell 处理器的高并行狡计武艺，不仅适用于游戏，还能拓展到超算、数字耗尽电子、致使东说念主工智能限度，这颗处理器将成为将来索尼电子帝国疆土的关节。
有有趣有趣的是，在Cell处理器发布的前夜，贪图勃勃的久多良木健致使找上了苹果CEO史蒂夫·乔布斯，向他倾销Cell处理器，但愿能这款跨时期的处理器能搭载不才一代Mac上，但愿Cell的生态或者拓展至个东说念主电脑与桌面端之上。
不外乔布斯拒却了这个建议，他涓滴不讳饰对Cell设计的失望，示意Cell致使不如用了这样多年的PowerPC，后续苹果在2005年的WWDC上通知转投英特尔和x86的怀抱，Cell碰到了一次小障碍。
强悍性能
为什么久多良木健如斯有信心呢，谜底天然离不开表面上Cell处理器的强悍性能。
阐明索尼的官方文档，Cell处理器的中枢是一颗刚劲的64位PowerPC处理单位(PPE)。这个限制中心负责系数系统的监督和和解，就像一个素养丰富的步地司理。它运行着操作系统，管理系统资源，并为八个协同处理单位分拨任务。
“咱们选拔PowerPC当作限制中枢是挑升为之的，”一位IBM的资深设计师曾回忆说念，“这为开采者提供了一个熟识的首先，同期又能撑握咱们的创新愿景。”
这个限制单位配备了23级活水线和三级缓归档次结构，使其或者以高频率运行并高效地处理复杂任务。此外，它还具备双线程武艺，不错同期管理多个限制经由，提高全体系统的反应性。
而围绕着PPE的是八个协同处理单位(SPE)——CELL架构中着实的创新性元素。这些单位不同于传统处理器，它们专为高隐约量的数据并行处理而优化。
“其时，市集上莫得任何处理器像CELL这样斗胆地整合如斯宽绰的专用中枢，”一位参与步地的工程师诠释说念。“这是一次冒险，但咱们信赖这种方法或者达成前所未有的性能。”
每个SPE皆具有256 KiB的土产货存储空间，这种设计冲破了老例。与传统的自动缓存不同，这种存储需要要领员直收受理，增多了编程的复杂性，但也带来了更高的成果和可瞻望性。SPE通过内存流限制器管理的DMA传输获取数据，每个时钟周期不错实施两条领导，极地面进步了并行处理武艺。
而将这些处理单位贯穿在通盘的是单位互连总线(EIB)——一个设计小巧的通讯系统。它摄取了四环结构，包括两个顺时针和两个逆时针数据环，可撑握多个并发数据传输，总带宽逾越200 GB/s。
“EIB的设计是CELL成功的关节之一，”一位系统架构师诠释说念。“莫得这种高带宽贯穿，单个处理单位的刚劲武艺将无法充分显露。”
这种互连设计确保了处理单位之间以及与主内存之间的数据不错快速、高效地出动，最大限制地减少了通讯瓶颈。
除此以外，Cell还摄取了一种特别规的内存架构，SPE不可径直探询系统主内存，数据必须通过显式的DMA操作在土产货存储和主内存之间出动。系统使用Rambus XDR内存，提供了较高的内存隐约量，这种方法固然增多了编程复杂性，但对于数据密集型利用，它提供了前所未有的性能和成果。
“咱们意志到数据出动是当代处理器中的主要瓶颈，”系统架构师说，“通过让要领员径直限制数据流，咱们不错幸免传统缓存架构中的好多低效问题。”
按照久多良木健的构想，刚劲无比的Cell能指挥索尼重回巅峰，夺回日本在芯片限度的言语权，只能惜，目的虽好意思好，施行却嚚猾。
连连折戟
2005年，Cell处理器的首批样品终于出身。它摄取90nm工艺制造，集成了一个主频高达4GHz的PowerPC中枢（PPE）和多达32个协处理单位（SPE），峰值狡计性能达到惊东说念主的1TFLOPS！对于阿谁时期的处理器而言，这的确是科幻级别的性能，远超英特尔的奔腾4或AMD的Athlon 64。
关联词，过高的功耗、复杂的芯片架构和出产良率问题，让这个原型版块注定难以量产。于是，证券配资工程师们不得不“挥刀自宫”，大幅削减了SPE的数目，将最终量产版块的Cell BE（Broadband Engine）调度为1个3.2GHz的PPE和8个SPE，并屏蔽了其中的1个，最终只允许游戏开采者使用6个SPE。尽管如斯，它在单精度浮点狡计上的表面峰值仍然高达230 GFLOPS，远超同期期的PC处理器。
在2005年的E3发布会上，久多良木健站在舞台中央，颜色兴奋地向全天下展示PS3的刚劲性能。他笃信，Cell处理器将透顶颠覆游戏行业，使PS3不单是是一台游戏机，而是一个划时期的数字文娱终局。
他豪言说念：“PlayStation 3 将开启文娱产业的新纪元，它不单是是一台主机，而是一扇通向将来的窗口。”在他的形色中，PS3不仅或者提供前所未有的视觉体验，还能承担科学狡计、家庭文娱中心等多重扮装，透顶转变东说念主们的生存形式。
关联词，PS3的开采者们却发现，这款芯片并不像它的表面性能那么好意思好。传统的游戏开采者民俗于使用门径的x86或PowerPC架构，而Cell的SPE架构需要高度优化的并行代码，存储管理依赖DMA（径直存储器探询），致使连基本的缓存一致性皆要手动管理。
更严重的问题在于，索尼在PS3的架构设计上作念出了和解。Cell芯片自带的256MB XDR内存无法与GPU分享，索尼只能独特加入256MB GDDR3显存。这种内存分拨决策大幅增多了资本，况兼影响了数据传输成果。此外，PS3为了向下兼容PS1和PS2，还独特加入了一颗EE+GS芯片，进一步推高了硬件资本。
与此同期，索尼还但愿借助PS3扩充蓝光光盘时间，与HD-DVD阵营张开竞争，因此为PS3配备了奋斗的蓝光光驱。拆解论说炫耀，Cell芯片的资本约为89好意思元，RSX显卡的资本为129好意思元，蓝光光驱高达125好意思元，加上EE+GS芯片、散热系统等，PS3的制形资本最终高达805-840好意思元。关联词，PS3的起售价仅为499好意思元，每卖出一台就意味着广博亏空。
奋斗的售价、复杂的架构、超高的功耗（运行游戏时功耗可达200W）以及开采难度，使得PS3在市集竞争中堕入被迫。与此同期，微软在Xbox 360上摄取了更简便、更接近PC架构的定制PowerPC三核处理器，并搭配ATI R500显卡，开采者更容易适配，好多跨平台游戏在Xbox 360上的显露致使优于PS3。
本以为凭着Cell刚劲性能就能占领数字文娱市集的索尼，被狠狠打了一耳光。
另谋前程
在游戏限度显露庸俗的Cell，转战做事器限度，也没好到那儿去。
2006年，IBM通知推出Cell Blade做事器，首款型号为BladeCenter QS20。随后，IBM于2007年8月推出了升级版BladeCenter QS21，并在2008年5月发布了摄取新一代PowerXCell 8i处理器的BladeCenter QS22。
IBM在2010年就通知罢手对第二代Cell Blade提供撑握，转而专注于其他高性能狡计责罚决策，致使比失败的PS3还短寿，不禁让东说念主欷歔。
不外，在科学狡计限度，Cell却不测地找到了用武之地。
2008年，好意思国洛斯阿拉莫斯国度实验室基于Cell架构，搭建了一台名为Roadrunner的超等狡计机。它摄取了PowerXCell 8i——Cell BE的增强版，具备更强的双精度浮点运算武艺，达到了102.4 GFLOPS，远超其时的传统CPU。Roadrunner最终成为大家首台性能突破1 PetaFLOPS（千万亿次浮点运算）的超等狡计机。
2010年，好意思国空军磋议实验室（The Air Force Research Laboratory，AFRL）组建了一套物好意思价廉的超算，其由1760台PS3、 168个孤独图形处理单位及84个和解做事器构成，其代号为 “秃鹰群”（Condor Cluster），用于处理卫星图像、雷达以及磋议AI，AFRL还向一些大学以及磋议机构绽放了秃鹰群的部分算力，据炫耀，这个超算总耗资约200万好意思元，运算性能为500TFlops，资本和耗电量均惟一同等运算力老例超算的十分之一。
另外，索尼还在2007年通知PS3淡雅加入Folding@home，这是一个磋议卵白质折叠，误折，团聚及由此引起的关联疾病的漫衍式狡计工程，用户不错让我方的PS3在闲置时实施Folding@home分发的运算任务，限制2008年9月，参与的PS3游戏机提供了1.2PFlops的运算武艺，占其时运算总和的近35%。
Cell固然在游戏主机市集的显露未达预期，却在高性能狡计限度留住了浓墨重彩的一笔，也算是千般障碍后为数未几的成功。
而跟着时间的演进，Cell架构的短板也越来越彰着。
领先，PPE的通用狡计武艺不足同期代的x86 CPU，而SPE固然擅长并行狡计，但编程难渡过高，导致软件生态迟迟无法锻真金不怕火。其次，跟着GPU狡计（如CUDA、OpenCL）的大幅崛起，GPGPU时间迟缓取代了Cell的市步地位。再加上索尼在PlayStation 4中消灭了Cell架构，转向了AMD的x86决策，Cell的时期也迟缓走向终结。
2012年，IBM通知不再更新Cell架构，宣告这一曾被奉求厚望的芯片淡雅走入历史。
而在本年3月，由于居品早已罢手顾惜，加之莫得满盈的用户，Linux 6.15内核也将删除对 IBM Cell Blade做事器的撑握，淡雅宣告了Cell这一架构的死刑。
固然Cell处理器最终未能成为市集的主流，但它的创新理念却影响深化。其SPE架构的并行狡计想路，为其后的GPU狡计模式提供了灵感。英伟达的CUDA中枢、异构狡计的发展旅途，几许皆有Cell的影子。
时于当天，PS3仍然在一些科学狡计步地中显露着余热，而Cell的故事，仍然是狡计架构史上最具听说颜色的篇章之一。
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