Cell Processor กับความเป็นมาดุจดังตำนาน
หลัง จากที่ เคน คุตารากิ บิดาแห่งเพลย์สเตชั่นได้เปิดตัว PS2 ไปเมื่อปี 1999 เขาก็เริ่มวางแผนถึงอนาคตของเครื่องเล่นเกมส์รุ่นต่อไป ทันทีอย่างเงียบๆ
คุตารากิ เจรจาซื้อสิทธิบัตร CPU ตระกูล R4000 ของ MIPS Technology มาศึกษาและค้นคว้าอย่างหนักกับทีมงาน
เพื่อ ที่จะพัฒนา CPU Emotion Engine รุ่นที่ 2 ที่มีความเร็วสูงกว่า CPU ของ PS2 นับ 10 เท่า โดยคุตารากิคาดว่านับจากปี 1999 เป็น ต้นไปถึงปี 2005 ความต้องการพลังการประมวลผลสำหรับเกมส์ 3 มิติรุ่นใหม่จะมีมากขึ้น 5 เท่าจากเกมส์ 3 มิติในยุค 1999
เขา จึงได้พยายามพัฒนา CPU Emotion Engine รุ่นที่ 2 โดยมีความเร็วในการประมวลผลประมาณ 3GHz เป็นเป้าหมาย ( CPU ของ PS2 ทำงาน ที่ความเร็ว 300MHz)
แต่ เทคโนโลยีในการผลิตชิพในขณะนั้น Intel ซึ่งเป็นผู้นำการผลิต CPU ของโลกทำได้สูงสุดเพียงแค่ 180nm ขณะที่ AMD MIPS SUN IBM ยังพัฒนาเทคโนโลยีระดับ 250nm และ 220nm กันอยู่ การที่จะนำ Emotion Engine รุ่นแรกมาผลิตให้ทำงานที่ความเร็ว
สูงระดับ 3GHz จึงเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้สำหรับเทคโนโลยีทางด้าน Solid-State ขณะนั้น โดย Intel เป็นเจ้าแรกเท่านั้นที่ทำความเร็ว จากเทคโนโลยีการผลิต 180nm ไปได้ที่ 933MHz (Pentium !!! FCPGA 370) ส่วนในญี่ปุ่นเองขณะนั้น Toshiba และ NEC ได้ลงทุน
สร้างโรงงานผลิตชิพด้วยเงินนับพันล้านเหรียญสหรัฐแต่ก็ ยังไม่สามารถพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตไปได้มากกว่า AMD MIPS SUN และ IBM มากนัก (อยู่ในระดับ 220nm - 210nm)
ต่อ มาในปี 2000 โครงการนี้ก็ได้รับแสงสว่างขึ้นมาบ้างจากการที่ Intel และ AMD ส่งชิพความเร็วระดับ 1GHz ตัวแรกภายใต้เทคโนโลยี การผลิต 180nm ออกสู่ตลาด ตามมาด้วย SUN และ IBM แต่ในช่วงนี้เอง ดูเหมือนจะเป็นข่าวที่ไม่ค่อยดีนักสำหรับ คุตารากิ เมื่อ MIPS
Technology เจ้าของสิทธิบัตรชิพตระกูล R4000 เริ่มเกิดปัญหาภายในบริษัท วิศวกรที่ออกแบบ CPU หลายๆ คนลาออกไปร่วมงานกับ IBM และ SUN ทำให้ MIPS Technology ขาดทีมงาน R&D ที่จะสานต่อความสำเร็จของ CPU ตระกูล RXXXX Series นับตั้งแต่นั้นเป็นต้น
มา ดังนั้นโอกาสของ คุตารากิ ที่จะพัฒนา Emotion Engine 2 ต่อให้ถึงจุดหมายที่คิดไว้จึงกลายเป็นฝันสลาย เนื่องจาก MIPS Technology พันธมิตรหลักของเขามาตั้งแต่สมัย PlayStation รุ่นแรก ( MIPS R3000A) และ PlayStation 2 (MIPS R4200 Custom) จากไปอย่าง ไม่มีวันหวนกลับมายิ่งใหญ่เหมือนเมื่อก่อนอีกแล้ว
ใน ปี 2001 Nintendo ได้ส่งเครื่องเกมส์ตระกูล Gamecube ออกสู่ตลาดด้วย CPU PowerPC 603e Custom และ GPU จาก ATi Technology ประกบกับ PS2 และ XBOX จาก Microsoft
คุ ตารากิ และทีมงานได้เริ่มจับตามองดูชิพตัวนี้จาก IBM อย่างไม่กระพริบ ด้วยความเร็วเพียง 425MHz ของมัน สามารถต่อกรกับ CPU Intel Pentium !!! 733MHz Custom ของ XBOX อย่างสมน้ำสมเนื้อ แถมบางเกมส์การประมวล ผล AI ยังทำออกมาได้ดีกว่า CPU จากฟากยักษ์ใหญ่วงการชิพ CPU คอมพิวเตอร์ เสียด้วยซ้ำ เคนจึงนำ CPU PowerPC G4 ที่ใช้บนเครื่อง PowerMac (เป็น CPU รุ่นล่าสุดของ IBM ขณะนั้น) มาลองรันโค๊ดโปรแกรมสำหรับเครื่อง PlayStation 2 ในแบบ Emulate เพื่อทดสอบ ข้อสมมติฐานของเขาเกี่ยวกับ CPU ตระกูล PowerPC จาก IBM
การ ทดสอบในครั้งนั้นทำให้เคนได้เห็นความชาญฉลาดของ Nintendo ที่เลือก IBM ในการผลิต CPU ให้ Gamecube ด้วยราคาชิพที่ถูกกว่า MIPS และ Intel กับพลังการประมวลผลที่พอๆ กัน ทำให้ต้นทุนของ Nintendo ต่ำมาก และความนิยมเครื่องคอมพิวเตอร์ PowerMac
ทั่วโลก ทำให้มีนักพัฒนาโปรแกรมเกี่ยมกับกราฟิกและอนิเมชั่น 3 มิติต่างในแพลตฟอร์มของ Apple นี้ สามารถผันตัวเองเข้ามาเป็นนักพัฒนาเกมส์มือดีให้กับ Nintendo ได้ไม่ยาก เขาเริ่มมองออกว่า Nintendo จะต่อยอดความสำเร็จนี้ได้ดีกว่าเขาเป็นแน่หากเขายังคงยึดติดกับ CPU จาก MIPS Technology ตามแนวทางเดิมๆ ต่อไป
ในที่สุด คุตารากิ ตัดสินใจยกเลิกแผนการพัฒนา CPU Emotion Engine รุ่นที่ 2 ที่พัฒนาโดยใช้แนวทางของ MIPS R4000 โดยสิ้นเชิง สำหรับ PlayStation รุ่นต่อไป และใช้สิทธิบัตร R4000 ที่ซื้อมาให้คุ้มค่าด้วยการนำ CPU R4000 ที่เขาค้นคว้าวิจัยไปพัฒนาเครื่องเล่น
เกมส์พกพาเครื่องแรกของ Sony (ต่อมาคือ PlayStation Portable) แทน
ปี 2002 IBM ได้เสนอเทคโนโลยีการผลิตชิพ SoI (Silicon-on-Insulator) เป็นครั้งแรกของโลก และเป็นเทคโนโลยีการผลิตที่จะทำให้ สามารถเพิ่มความเร็ว CPU ไปสู่ระดับ 3+ GHz ได้เป็นครั้งแรกของโลก
พร้อม ทั้งเปิดตัว CPU รุ่นใหม่คือ PowerPC 970 (G5) ที่สามารถรอง รับการประมวลผลหน่วย Altivec (vector unit ของ CPU ตระกูล PowerPC คล้ายกับ SSE unit ใน CPU Pentium 4 ของ Intel)
เมื่อ ถึงจุดนี้ คุตารากิ ตัดสินใจแล้วว่า IBM เป็นพันธมิตรที่เขาควรจะเลือกมาเป็นผู้ผลิตชิพให้กับ PlayStation รุ่นต่อไปแทน MIPS Technology ที่รอวันล่มสลาย
ปี 2003 การลงนามวิจัยและพัฒนาระหว่าง Sony Toshiba และ IBM เริ่มขึ้น ภายใต้ชื่อ Cell Project ซึ่งในขณะนั้น PlayStation 2 ทำยอดขายผ่านระดับ 10 ล้านเครื่องทั่วโลกไปแล้ว ผลกำไรจากการจำหน่ายเครื่องเล่น PlayStation 2 และซอฟต์แวร์เกมส์ ทำให้ คุตารากิ และ
ทีมงานมีกำลังใจอย่างเต็มที่ และพร้อมที่จะก้าวต่อไปสู่ความสำเร็จอีกขั้น ด้วยการเจรจาซื้อสิทธิบัตร PowerPC 970GX ซึ่งเป็น CPU ที่ ทรงพลังที่สุดของตระกูล PowerPC 970 มาทำการศึกษาและวิจัยอย่างจริงจัง แต่ทว่าหลังความพยายามอยู่เกือบ 8 เดือน คุตารากิ ก็พบ
ว่าพลังการประมวลผลของ PowerPC 970 ก็ยังไม่สามารถทำในสิ่งที่เขาต้องการคือ มีพลังการประมวลผลมากกว่า Emotion Engine 10 เท่า ในขณะนั้นเอง nVidia ได้เสนอกราฟิกชิพรุ่นใหม่คือ GeForce Series 6 ออกมาเป็นครั้งแรก
ภาย ใต้เทคโนโลยีของ GPU รุ่นนี้ มีการเพิ่ม Pixel และ Shader processor ลงไปในตัว CPU ซึ่งสามารถทำการคำนวณทศนิยมซับซ้อนได้อย่างรวดเร็วกว่า CPU รุ่นใดๆ ในโลก จะทำได้ คุตารากิ จึงตัดสินใจดึง nVidia มาร่วมงานการพัฒนา PlayStation รุ่นถัดไปในช่วงปลายปี 2003 นั่นเอง
ปี 2004 nVidia ได้ซุ่มพัฒนา GPU ตัวใหม่ (ต่อมาคือ GeForce 7800GTX) โดยเพิ่มฟังก์ชั่นต่างในการประมวลผล Pixel และ Shader ลง ไปอีกเท่าตัวจากชิพรุ่นที่ 6 และทาง STI ก็สามารถพัฒนา PowerPC 970GX ให้มาทำงานที่ความเร็ว 3GHz ได้ดังที่ คุตารากิ ตั้งใจไว้ แต่ก็ติดปัญหาเรื่องความร้อนของตัวชิพที่สูงมาก และประสิทธิภาพการประมวลผลข้อมูลก็ยังไม่เหนือกว่า Emotion Engine เกิน 10 เท่าดังเป้า หมายที่วางไว้ ทั้งหมดจึงนำปัญหาไปปรึกษากับ nVidia อย่างเคร่งเครียด ในเวลาต่อมา คุตารากิ เสนอให้ผลิต CPU PowerPC 970GX รุ่น พิเศษที่ใส่ CPU รุ่นดังกล่าวลงไปทั้ง 16 Core ในชิพตัวเดียว แต่ด้วยเทคโนโลยีการผลิต SoI 90nm ขณะนั้น IBM ไม่สามารถที่จะทำตามที่เขาต้องการได้ เพราะต้นทุนการผลิตจะสูงมาก และแม้ว่าพลังการประมวลผลจะเพิ่มขึ้นจนถึงขั้นที่ คุตารากิ พอใจ แต่ความร้อนของชิพจะต้องมากกว่าที่เป็นอยู่ถึง 16 เท่า นั่นก็อาจจะทำให้ชิพไหม้และเสียหายได้อย่างง่ายมาก วิศวกรจาก nVidia จึงเสนอให้ใส่ Pixel และ Shader Processor ในตัว GPU
เข้า ไปแทนในตำแหน่งชิพที่เหลือ ซึ่งวงจร LSI ที่ทำหน้าที่คำนวณ Pixel และ Shader น่าจะทำหน้าที่รองรับการคำนวณทศนิยมที่ซับซ้อนได้ถ้าเปลี่ยนมันเป็น General Purpose CPU อิสระ วิศวกรของ STI จึงนำไอเดียนี้ไปสร้างสรรค์ CPU ต้นแบบมาให้ทดสอบ
สมรรถภาพของ CPU รุ่นนี้ให้คุตารากิชม ปรากฏว่า CPU รุ่นนี้ทำประสิทธิภาพในการประมวลผลข้อมูลได้มากถึง 4 เท่าของ Emotion Engine เมื่อเพิ่มวงจร LSI จำนวน 4 ชุดเข้าไป ดังนั้นต่อมาพวกเขาจึงนำความคิดนี้ไปพัฒนาเป็น Cell Processor หัวใจหลักในการประมวลผลของ PlayStation 3 ในเวลาต่อมา
ปี 2005 STI ได้นำตัวอย่างชิพ Cell ความเร็ว 4.6GHz ไปสาทิตในงาน International Solid-State Conference 2005 และสาธิตการทำงาน ของตัวชิพนี้และแนวทางการพัฒนาต่อไปสู่ Grid Computing Technology ในอนาคต และในครั้งนี้เองที่ STI ประกาศอย่างเป็นทางการว่าชิพ Cell นี้จะเป็นหัวใจหลักของเครื่องเล่นเกมส์ PlayStation 3 อย่างเป็นทางการ
เอกสารอ้างอิง http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=1494081
ปี 2006 เครื่อง PlayStation 3 เครื่องแรกได้ถูกวางจำหน่ายเมื่อวันที่ 11 พฤศจิกายน 2006 และวินาทีแรกที่ Cell Processor จะได้แสดง แสนยานุภาพอันสุดยอดก็มาถึง
และ บัดนี้ CPU ที่ได้รับการพัฒนาและวิจัยมาอย่างหนักตลอด 5 ปี ด้วยทีมงานวิศวกรนับร้อยชีวิตจาก 3 บริษัทยักษ์ใหญ่ด้านเซมิคอนดัคเตอร์ คือ Sony Electronic Toshiba Semiconductor และ IBM Microelectronic และ 1 บริษัทผู้ผลิตชิพกราฟิกหมายเลข 1 ของโลก nVidia Corp. ได้มาอยู่ในเครื่องเล่นวีดีโอเกมส์อันสุดยอด Sony PlayStation 3 ตรงหน้าท่านแล้ว ทำไมไม่ลองสัมผัสประสบการณ์การประมวลผลระดับ TeraFlop ดูกันล่ะครับ
Sony PlayStation 3 เครื่องเล่นเกมส์ที่รวมเอาสุดยอดเทคโนโลยีไว้ภายในบ้านของคุณ
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น