En un mundo sin escasez de desafíos por resolver, como curar el cáncer, frenar el calentamiento global o asegurar el arsenal nuclear, es fundamental contar con tecnología capaz de mantenerse al día y aprovechar las enormes cantidades de datos en constante crecimiento. Se trata de más que solo la velocidad de procesamiento de datos, también se trata de la gran cantidad de datos que se pueden procesar y la velocidad a la que la memoria puede suministrar al procesador.
Ugonna Echeruo, principal engenieer en el equipo de Ingeniería de Diseño de Intel y chief architect de la serie de procesadores Intel® Xeon® CPU Max (con el nombre en clave Sapphire Rapids con HBM), describe el desafío de la siguiente manera: En su nivel más básico, una CPU obtiene información de la memoria, la procesa y la actualiza. Eventualmente, la cantidad de información que la CPU puede procesar se ve limitada por el tamaño del "conducto" que lleva los datos hacia ella. Cuanto más grande sea el conducto, más información podrá fluir a través de la CPU y más tareas se podrán realizar.
Echeruo explica que Intel se centró en habilitar una nueva categoría de soluciones que se enfoca en cargas de trabajo limitadas por el ancho de banda de memoria. En este momento, la respuesta a los datos limitados es la memoria de alto ancho de banda, o HBM, aunque él menciona que las soluciones podrían cambiar en el futuro. Permite que la CPU consuma más datos, dejando satisfechos incluso a los clientes más exigentes. Si bien los procesadores Intel® Xeon® Scalable de 4ª generación pueden manejar cargas de trabajo pesadas por sí mismos, Echeruo explica que HBM está diseñado específicamente para abordar cargas de trabajo en las que el rendimiento se ve limitado por el ancho de banda de memoria o por limitaciones tanto en el ancho de banda de memoria como en las capacidades computacionales.
Echeruo describe el lanzamiento de la serie de procesadores Max como el momento más destacado de su carrera de más de 20 años en Intel. Y por una buena razón. El procesador Intel Xeon CPU Max Series es el primer y único procesador basado en x86 con HBM integrado en el chip.
Clientes piden, Intel ofrece
Echeruo dice que los clientes, como laboratorios de investigación gubernamentales, agencias federales y universidades, son los principales impulsores de la existencia del procesador de la serie Max en la actualidad.
"Los clientes están ejecutando aplicaciones que requieren mucho ancho de banda de memoria y se ven limitados por el que está en los productos existentes", afirma. Y esos mismos clientes han estado pidiendo a Intel que aumente ese ancho de banda para satisfacer sus demandas.
Considere, por ejemplo, un laboratorio que realiza computación de alto rendimiento con enormes cantidades de datos. Con una configuración típica (sin HBM), cada investigador tendría que utilizar muchos nodos de computación para obtener una solución. Gracias a HBM, los procesadores de la serie Max mejoran el rendimiento y el ancho de banda de memoria, sin necesidad de realizar cambios en el código, lo que finalmente ayuda a los investigadores a realizar la misma tarea utilizando menos recursos, lo que aumenta la productividad general y la eficiencia energética del laboratorio.
HBM 101: Volver a lo básico
Imagine que la CPU es el motor motor de su auto. El rendimiento del automóvil está limitado porque solo se puede bombear cierta cantidad de aire al interior de la cámara de combustión y mezclarlo con combustible. Luego viene la adición de turbocompresores y compresores sobrealimentadores, o en el caso de la CPU, memoria de alto ancho de banda. Ahora podes forzar aún más aire, ¡y te vas, más rápido que nunca!
Con el tiempo, los "conductos" de la CPU (recuerda la descripción de Echeruo desde el principio) llevan más aire a la "cámara de combustión". Los conductos son más anchos y aumenta la capacidad de transferencia de datos entre la memoria y la CPU. Con esos conductos más anchos, las CPUs más capaces pueden manejar más datos y los clientes están más satisfechos. Con HBM, la capacidad de la CPU da ese siguiente paso con sobrealimentación.
Desafíos que vale la pena resolver
Echeruo explicó que el "espacio" o la proximidad de HBM en la CPU es clave para su éxito. HBM está soldado en la placa de circuito impreso, cerca del procesador, lo que facilita y agiliza el acceso a la información necesaria. Y un bonus: Esa proximidad ahorra energía.
Pero que no quepa duda, dice, no es tan fácil como simplemente pegar HBM al paquete de la CPU.
"Hubo muchos desafíos para todos los diferentes equipos involucrados", dice Echeruo. Explica que el equipo estaba trabajando con procesadores Intel Xeon de 4ª generación después de establecer el diseño, por lo que se necesitaba mucha prueba y validación para asegurarse de que su plan de HBM fuera exitoso. "Queríamos tomar este sistema de memoria mejorado y conectarlo con los mejores núcleos de cómputo en Intel, nuestros núcleos Intel Xeon, y unir los dos", dice Echeruo.
"Tuvimos que examinar la propiedad intelectual individual dentro del producto para asegurarnos de que no hubiera nada que entrara en conflicto con HBM, y necesitábamos asegurarnos completamente de que pudiéramos utilizar la mayor cantidad de ancho de banda posible", explicó Echeruo. Agrega: "Tuvimos que descubrir cómo realizar los cambios necesarios para que HBM fuera exitoso y funcional sin afectar el cronograma y la entrega del producto estándar".
Enfrentándose a la competencia
Hablando de eficiencia energética, Echeruo dijo que esa es otra ventaja del procesador de la serie Max. No solo la proximidad del HBM a la CPU ahorra energía, sino que también se obtienen ahorros al depender de menos sistemas y capacidad, que los usuarios generalmente necesitan sin HBM. Entonces, es probable que puedas despedirte de muchas de esas tarjetas de memoria RAM y dar la bienvenida a HBM.
Intel es el primero en agregar HBM a los procesadores x86, lo cual, según Echeruo, es una "gran ventaja para Intel". A medida que miramos hacia el futuro, Echeruo cree que la clave es "aprovechar nuestra pila de software y hacer que HBM sea más accesible y fácil de usar para los clientes".
Hablando de facilidad de uso, a diferencia de las GPU con HBM, el procesador de la serie Max no requiere cambios de código intensivos en mano de obra, lo que ahorra tiempo y esfuerzo. "Cuanto menos trabajo tengan que hacer los clientes, más contentos estarán al final", dice Echeruo, "y eso es genial también para Intel".
Y la innovación no termina aquí. Hace unas semanas, en la conferencia ISC High Performance '23, Intel presentó un próximo producto de alto ancho de banda de memoria, un futuro procesador Intel Xeon con el nombre en código Granite Rapids con Multiplexer Combined Ranks.
Un mundo mejor, gracias a HBM
Xeon Max is going to be used to extend the basic scientific understanding of the world. Echeruo dice que esto es, en parte, lo que lo impulsa hacia adelante.
"Estos productos se instalarán en servidores que impulsarán a las empresas y laboratorios nacionales a trabajar en ciencia fundamental, medicina o infraestructura en la nube, tanto ahora como en el futuro", dice Echeruo.