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“SPARC64™VIIIfx”：快速、可靠、低功耗CPU

SPARC64™ VIIIfx

K computer採用富士通開發和設計的“SPARC64™VIIIfx”CPU。 該CPU的特徵如下。

“SPARC64™VIIIfx CPU所採用的45奈米工藝技術具備諸多優點。 “SPARC64™VIIIfx CPU所採用的45奈米工藝技術具備諸多優點。 但是，如果您使同一電路的導線尺寸盡可能地降低至一張郵票的尺寸，隨著整合水準的提升，電路所需的導線長度也會變短，而作為執行運算基本單位的內核數量則會增多，如此就會帶來整體性能的提升。 同時，這種小型化還可以減少部件的數量，故障率也會降低。 此外，更小物理電路尺寸可以更有效地降低功耗。

下文將介紹SPARC64™VIIIfx實現「高性能」、「高可靠性」和「低功耗」的方法。

[專欄]

「45奈米」有多大？

“SPARC64™VIIIfx”內部每個電晶體的（柵極長度）的尺寸為45奈米（45nm）。 那麼，奈米究竟是什麼概念呢？ 「奈」字在拉丁語中是指「矮」的意思，作為長度單位則表示「十億分之一」。 一奈米就是一公尺的十億分之一，即一釐米的百萬分之一。 人類頭髮的平均直徑約為一公尺的八千萬分之一，通常寫為80微米，那麼45奈米就是人發平均厚度的1,700分之一。

如何製造CPU？

如何才能創造計算能力如此之高的CPU？
透過下述連結可瞭解使用矽錠創建CPU的步驟。

觀看製造CPU的步驟 arrow-double

使用80,000個或更多高性能CPU實現萬萬億次高速運算

K computer的心臟由80,000個或更多“SPARC64™VIIIfx”CPU組成。 每個CPU配有8個內核，即「執行運算的最小單位」，可以進行128億次運算。 此外80,000個或更多CPU（640,000個或者更多的內核）的組合可以實現每秒（在日語中被稱為一個Kei）高達萬萬億次的極高運算速度。

提高可靠性的方案

在為K computer配備80,000個或更多CPU的情況下，需要克服的最大挑戰之一就是如何確保如此大規模的系統能保持最佳性能，這需要使所有的CPU都能在穩定狀態下執行運算。
每個SPARC64™ VIIIfx CPU的電路都配備了「錯誤恢復功能」。 這是一種可以自動恢復的機制。 一旦在運算過程中出現錯誤，相關的指令會自動再次執行，這樣錯誤就不會對系統操作造成影響。
此外，K computer的CPU還配備了高效的水冷系統，可以確保CPU始終在低溫下進行操作，如此可降低故障率並提高部件的使用壽命。
上述方案有助於改善整個系統的可靠性。

世界頂級的單位性能/功耗比

關於K computer的另一個挑戰在於如何降低系統的功率消耗。 在配備互聯高性能CPU的普通大規模系統中，增加CPU的數量就意味著功率消耗量也會成比例增加。 要想降低整個系統的功耗就必須降低每個CPU的功耗。
在配備大量互聯式高性能CPU的情況下，通常很難同時實現高性能與低功耗。 但是我們在K computer的開發過程中做到了這一點。

一般來說，在溫度較低的情況下電路的功率消耗也會降低。 而K computer通過其高效的水冷系統在降低CPU溫度和熱值的同時也降低了相應的功耗。
此外，我們還採用了設計方案使未使用CPU的電路不會消耗不必要的功率。
基於上述創新，“SPARC64™ VIIIfx”的CPU實現了單晶片每秒每瓦22億次運算（每瓦22億次）的世界最高速度。

可以說，K computer是同時具有環保性和超高能量效率的大型機系統。

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