O cientista chefe do projeto Cell fala sobre a história e as novas oportunidades do chip do PlayStation 3

No final dos anos 90, a divisão de jogos da Sony, chamada Sony Computer Entertainment Inc (SCEI), já imaginava como seria seu próximo console de jogos e previa que seu desempenho fosse ao menos mil vezes melhor que o PlayStation 2.

Com essa idéia em mente, representantes da Sony (que tinha a necessidade), da IBM (que tinha o know-how) e da Toshiba (que tinha a capacidade de produção em massa) se reuniram em Tóquio, no verão de 2000, para discutir a viabilidade desse projeto. O resultado dessa iniciativa foi a definição de uma meta mais modesta, apenas cem vezes mais veloz: um chip de design inovador. As empresas também estavam determinadas a construí-lo em parceria.

Essa é a origem do Cell, que está no coração do PlayStation 3, da Sony, console de terceira geração de games. Conheça essa história, nesta entrevista com Peter Hofstee, cientista chefe do projeto Cell.

PC World: Qual a origem do Cell e como foi sua participação neste projeto?

Peter Hofstee: O começo do Cell data de 1999, quando Lou Gerstner [ex-CEO da IBM] começou a trocar idéias com Ken Kutaragi [presidente da SCEI e considerado o pai do Playstation]. Surgiu, então, a percepção de que o mercado de jogos deveria evoluir no sentido tecnológico já que, no futuro, os equipamentos estariam cada vez mais interconectados e, por isso, era preciso entender a forma como servidores, PCs e dispositivos inteligentes se relacionam. E a Sony precisava manter-se competitiva nesse mercado. Percebemos uma grande sinergia entre a IBM e a Sony — a primeira com a tecnologia e a segunda com o conteúdo, e o grande projeto que surgiu desse encontro. As duas se uniram com a Toshiba para criar um chip para a próxima geração de console de jogos.PC World: O projeto começou quando?

Hofstee: Os trabalhos iniciaram-se em 2000 e, no início, tais reuniões eram bastante informais. O resultado foi a proposta de criar um chip de quatro núcleos para a Sony que, na época, foi bem aceito por todos menos Kutaragi, que sempre pensava muito além do nosso tempo e insista em uma solução mais sofisticada possível, vetando o chip de quatro núcleos.

Por causa disso, a IBM investiu em seus laboratórios de pesquisa — nessa época, em Austin — para que elaborassem propostas utilizando diversas tecnologias, como o Blue Gene, Multicore e etc. A minha idéia foi de um chip híbrido que, mais tarde, se transformou o Cell. Obviamente, esse processador recebeu a contribuição de várias pessoas, mas eu fui o idealizador do Synergistic Processor Element (SPE). 

PC World: O sistema operacional preferido do Cell é o Linux?

Hofstee: Sim. Como o Cell é, em sua essência, um Power Processor, ele roda qualquer sistema operacional escrito para esse chip. Uma das decisões do nosso projeto foi trabalhar de modo colaborativo com a comunidade de código aberto.

PC World: Vocês têm um kit de desenvolvimento de software disponível?

Hofstee: Sim. Temos um SDK que já está na versão 1.1, desenvolvido em parceria com a Universidade de Barcelona. Além disso, a Sony permitiu que esse SDK com Linux fosse instalado do Playstation 3 de modo que o usuário teria um sistema dual boot. Isso é muito excitante, já que, por um custo relativamente baixo, as pessoas poderão ter acesso a um sistema baseado em Cell no qual eles poderão programar. A IBM também está disponibilizando servidores Blade com Cell para aplicações de maior escala, como o supercomputador Roadrunner.

PC World: E a Apple? Ela se interessou pelo Cell?

Hofstee: Um dos motivos porque a IBM se envolve em projetos como o Power Processor é o interesse em inovação. Tanto de cima para baixo [mainframes para servidores] quanto de baixo para cima. Na Apple, trabalhávamos com o mercado de volume [de chips vendidos]. Hoje, fazemos isso com o mercado de consoles em que o volume é muito maior, já que Nintendo, Microsoft e Sony já adotam chips baseados na arquitetura Power.

PC World: A Apple ao menos chegou a considerar essa alternativa?

Hofstee: Eles fizeram suas próprias análises para tirar suas conclusões. Quero dizer com isso que a Apple teve acesso ao Cell, mas escolheram a solução da Intel. Para saber o motivo, seria mais fácil perguntar para eles em vez de perguntar para mim… (risos).

PC World: E o futuro? O que poderemos esperar do Cell?

Hofstee: O que já divulgamos: haverá uma versão de 65 nanômetros do Cell, além de melhorias para reduzir seu custo e consumo de energia. Estamos trabalhando em uma versão capaz de realizar cálculos de precisão dupla de modo mais eficiente, além de oferecer mais memória. Temos ainda um projeto conceitual de um chip com 32 SPEs, que deve estar pronto em 2010 com dois núcleos Power (PPEs) no mesmo chip.

Obviamente, teremos muitas novidades no segmento de eletrônicos de consumo baseados em Cell. Por exemplo, sabemos que a Toshiba estuda colocar o Cell em um modelo de celular para melhorar seus recursos de multimídia.

PC World: Se não fosse pelo Playstation 3 haveria um processador Cell?

Hofstee: Não. Essa foi uma oportunidade única.

PC World: Qual a grande idéia por trás do Cell?

Hofstee: A melhor maneira para explicar isso é dizer como os processadores seqüenciais funcionam. Imagine, então, que você precise fazer um reparo na sua casa e tem um acordo com uma loja de material de construção. Assim, basta esticar o braço para fora da janela e pedir um martelo que eles vão colocá-lo em sua mão no mesmo segundo. Obviamente tal serviço não existe, mas, para que isso funcionasse, era preciso que essa loja criasse uma cadeia logística monstruosa para manter um bom estoque em todas as lojas e depósitos da cidade e poder atender todos os seus possíveis pedidos, e isso seria muito caro. É o que fazem os processadores atuais: eles procuram adivinhar o que vai ocorrer na próxima operação e colocar o martelo na sua mão. 

Isso não existe no mundo real. Em vez de parar o serviço e sair correndo até a loja todas as vezes que se precisa de pregos, cola e verniz, o melhor é fazer uma lista de compras — essa é a idéia fundamental por trás do Synergistic Processor.  Ao invés de escrever um programa do tipo "Load… Add… Load… Add…", você faz uma lista com todas as rotinas e dados que precisa e os entrega de uma só vez para os SPEs. Estes, por sua vez, solicitam informações para o memory flow control unit (unidade de controle de fluxo de memória), que entrega todo o pedido de uma só vez para a memória local (cada SPE possui a sua). 

Ao rodar o programa, os resultados são colocados na memória local e devolvidos para o memory flow control unit. Este faz o trabalho inverso: recolhe os resultados dos SPEs e os coloca na memória compartilhada. Devido a eficiência desse modelo se comparado com o seqüencial, é possível colocar quatro vezes mais SPEs na mesma área de um chip de muitos núcleos convencional de última geração. É por isso que, mesmo usando o processo de fabricação de 90 nanômetros, fomos capazes de colocar nove núcleos ao invés de dois. 

PC World: Existe algum motivo especial para o Cell ter oito SPEs? Por que não dez ou seis? Há algum limite que poderia comprometer seu preço ou o desempenho?

Hofstee: Na realidade, tínhamos algumas idéias sobre o tamanho do chip, mas quando otimizamos seu desenho chegamos a oito SPEs. Entretanto, os programadores queriam que os SPEs tivessem 256 KB de memória local em vez de 128 KB, mas para isso tivemos que reduzir o número de oito para seis (SPEs) para manter o tamanho do chip.

Mas, quando levamos o projeto para Kutaragi e mostramos tecnicamente que seis era melhor do que oito ele disse que oito era um número lindo! [os orientais consideram o oito um número de sorte e o quatro um número de azar].

Depois que voltamos para os oito SPEs notamos que o tamanho final do Cell era quase o mesmo do Emotion Engine do PS2, o que facilitou o processo de fabricação. Aliás, muitos dos problemas de fabricação do Cell foram resolvidos quando a Sony decidiu por usar apenas sete dos oito SPEs, melhorando assim o aproveitamento de chips "bons" retirados de cada wafer, enquanto a IBM utiliza apenas chips com oito SPEs em seus projetos, já que eles podem pagar por isso.

PC World: Então, seria possível desenvolver versões do Cell com mais ou menos SPEs?

Hofstee: Sim, não existem limites em termos de arquitetura.

PC World: A presença de um núcleo Power Processor (PPE) no Cell seria uma maneira de facilitar a adoção desse chip pelo mercado?

Hofstee: O Power Processor é um chip convencional. Se você pegar qualquer aplicação escrita para qualquer Power ela irá funcionar no Cell. Entretanto, se ignorarmos os SPEs, o Power Processor em si não muito veloz. Se os desenvolvedores não se esforçarem em usar os SPEs o desempenho do Cell não é muito atraente.

De fato, o Cell não é realmente um processador de uso geral. Pelo menos por enquanto!

PC World: Essa tarefa de tirar proveito dos SPEs sem conhecê-los não poderia ser feito pelos compiladores?

Hofstee: Sim, existem iniciativas nesse sentido. Há projetos chamados Single Source Compilers que seriam capazes de gerar código de máquina tanto para o PPE quanto para os SPEs. É um assunto muito interessante que estamos levando para as universidades. Acredito que a solução virá de ambos os lados. Mesmo com compiladores mais inteligentes, haverá casos em que será necessário reescrever o código para obter o máximo desempenho.