Cortana, Vulkan i FPGA, czyli za murami Intel Technology Poland w Gdańsku

Jeszcze kilka lat temu przy zachodniej części ulicy Juliusza Słowackiego w Gdańsku było jedynie lotnisko (wtedy jeszcze nie nosiło imienia Lecha Wałęsy) i nieużytki. Dziś wznosi się tu kompleks pięciu budynków Intel Technology Poland, który miałam przyjemność zwiedzić. Dzięki uprzejmości firmy Intel mogłam zapoznać się z wieloma projektami, które powstają w tej części Gdańska.

Oddział Intela w Gdańsku rozwija się bardzo prężnie. Ośrodek, obecnie składający się z pięciu budynków, formalnie nie ma jeszcze 20 lat, ale historia Intela na Pomorzu jest dłuższa. W 1991 roku otwarta tam została filia firmy CrossComm, w 1997 roku przejętej przez Olicom. Ośrodek został włączony do struktur Intela w 1999 roku. Przez cały ten czas pracował tam ten sam zespół.

OW pierwszych dniach działania ośrodek zatrudniał 90 osób. W 2012 roku było ich już ponad tysiąc, z czego 800 stanowili programiści i inżynierowie. Około 20% z nich to osoby, które skorzystały z różnych programów stażowych. Intel może pochwalić się opinią najlepszego w Polsce pracodawcy oraz tym, że 70% praktykantów zostaje w firmie na dłużej. Obecnie Intel zatrudnia w Gdańsku ponad 2 tysiące osób i nie zamierza zwalniać tempa.

Gdański oddział jest odpowiedzialny za dostarczenie i rozwój kilku kluczowych dla Intela standardów, jak USB3, HD Audio, Blu-ray Playback czy Wireless Display. Produkty gdańskiego oddziału można znaleźć w niemal każdym komputerze wykorzystującym komponenty Intela. Praca oddziału wybiega daleko w przyszłość, a projekty, które obecnie są tam rozwijane, trafią na rynek za 2, 3, a może nawet 5 lat.

Bardzo dużo dzieje się w Intelu w dziedzinie grafiki 3D. Zespół liczący ponad 400 osób pracuje nad projektowaniem, implementacją i testowaniem sterowników dla układów graficznych, zintegrowanych z procesorami Intela, stosowanych w urządzeniach od potężnych stacji roboczych, przez ultrabooki, po urządzenia Internetu Rzeczy i branży motoryzacyjnej. Oprogramowanie zgodne jest z bibliotekami Direct3D i OpenGL, OpenCL, a także Vulkan dla systemów operacyjnych Windows, Linux, Android. Badania i eksperymenty prowadzone są zarówno z udziałem najnowszych sterowników, jak i takich, które będą na rynku dopiero za 4-5 lat.

Podczas wycieczki po siedzibie Intela mogliśmy zobaczyć między innymi benchmark Stardust, wykorzystujący API Vulkan w akcji. Program działał na prototypowej implementacji Vulkana i maszynie z kartą Intel Iris Graphics i procesorem Broadwell.

Test pokazywał, jak dzięki Vulkanowi możliwa jest redukcja wykorzystania procesora przy przetwarzaniu grafiki, co pozwoli obniżyć zapotrzebowanie na energię. W efekcie można osiągnąć identyczne efekty, jak z wykorzystaniem konkurencyjnych API, przy mniejszym poborze prądu bądź przy identycznym poborze renderować ładniejszą, płynniejszą grafikę (prezentowana scena na Vulkanie renderowana była z prędkością około 50 ramek na sekundę, OpenGL zapewniał poniżej 30 ramek). Oczywiście trzeba czymś za to zapłacić – pisanie programów korzystających z OpenGL-a jest łatwiejsze. Korzystając z Vulkana programista musi wiele rzeczy wskazywać karcie graficznej samodzielnie.

Poza benchmarkiem mogliśmy zobaczyć także działającą na Vulkanie grę Dota 2 i sądzę, że gry wykorzystujące Vulkana znajdą się nie tylko na pecetach i urządzeniach mobilnych, ale także na Steamboksach i być może także konsolach. Oczywiście wiele zależy od twórców silników, na których powstają gry. Specyfikacja standardu ma zostać ukończona jeszcze w tym roku.

Vulkan to wciąż pieśń przyszłości. W oddziale w Gdańsku trwają także prace nad rozwijaniem sterownika dla mobilnych układów graficznych, korzystających z OpenGL ES 3.2. Na prototypowym tablecie mogliśmy zobaczyć, jak ładnie mogą wyglądać efekty wolumetryczne (dym) i jak można wykorzystać teselację w grach mobilnych, działających nawet na przeciętnie wydajnych urządzeniach.

Oczywiście nie zabrakło tu demonstracji wirtualnej rzeczywistości na goglach Oculus Rift, do których sterownik także powstaje w Gdańsku.

Inżynierowie VPG zajmują się także optymalizacją wydajności kodu i współpracują bezpośrednio z wydawcami gier. producentami benchmarków. Aby pracować w takim zespole, trzeba również mieć sporą wiedzę na temat konstrukcji kompilatorów i programowania równoległego.

W Gdańsku 100-osobowy zespół zajmuje się opracowywaniem zabezpieczeń dla rozwiązań Intela stosowanych w sprzęcie oraz oprogramowaniu. Około 50 osób zajmuje się ponadto rozwiązaniami dla składników platform Big Data i Internetu Rzeczy, w tym oczywiście platform Intel Galileo i Edison, tak zwanej inteligentnej energetyki (smart grid) oraz różnego typu elektroniki noszonej (wearables).

Podczas wizyty w Gdańsku mogliśmy zobaczyć między innymi rozwiązania, które w pionierski sposób zabezpieczają Internet rzeczy. Na urządzenia tej klasy czyha wiele zagrożeń, zarówno związanych z atakami programowymi, jak i podłączaniem do nich potencjalnie złośliwych komponentów. Można im zapobiegać dzięki weryfikacji „tożsamości” urządzeń, co odbywa się poprzez specjalną usługę chmurową Intela.

Wykorzystując moduł sprzętowego zabezpieczenia TPM usługa sprawdza autentyczność i integralność komunikujących się ze sobą urządzeń. Produkcja tych układów nie jest droga. Moduł może kosztować około dolara, więc nic nie stoi na przeszkodzie, by montować je w różnych urządzeniach. Rozwiązanie to może znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach elektronicznego życia, na przykład w bankowości, handlu elektronicznym, tak zwanym inteligentnym domu, a nawet w domowych routerach.

W Intelu nie da się mówić o Internecie Rzeczy bez platform Edison i Galileo. Zbieranie danych pomiarowych przy użyciu sensorów podłączonych do komputerka Intel Edison oraz platformy IoT Analytics jest naprawdę proste. Do płytki należy oczywiście podłączyć sensory (na przykład z zestawów Arduino przy pomocy specjalnej płytki rozszerzeń). Po rejestracji Edisona na koncie użytkownika na platformie IoT Analytics można zbierać i w czasie rzeczywistym analizować dane pomiarowe (np. temperaturę, wilgotność, natężenie światła). Można także otrzymywać powiadomienia o wystąpieniu anomalii lub określonych warunków i zdalnie wykonywać akcje przy użyciu urządzeń (automatycznie lub manualnie). W ten sposób można zarówno wyłączyć światło, monitorować warunki w szklarni, jak i automatycznie włączyć system przeciwpożarowy, jeśli temperatura w pomieszczeniu jest zbyt wysoka, a wilgotność zbyt niska.

Analiza danych to kolejne z zagadnień, nad którym pracuje gdański oddział Intela. 600-osobowy zespół zajmuje się rozwiązaniami serwerowymi, które zmieniają sposób pracy centrów danych, jak Intel Rack Scale Architecture – dynamiczne i elastyczne zarządzanie zasobami sprzętowymi, takimi jak część obliczeniowa, sieciowa i pamięci masowych, odpowiadające na aktualne zapotrzebowanie aplikacji. Inżynierowie z Gdańska odpowiadają także za opracowywanie oprogramowania pozwalającego na zarządzanie centrami danych, sterowniki dla systemów Linuks i Windows, a także różne rozwiązania poprawiające działanie infrastruktury chmurowej.

W Gdańsku powstaje między innymi innowacyjne, otwarte rozwiązanie Serenity (oversubskrypcja dla Apache Mesosa), które pozwala w zauważalnym stopniu poprawić wykorzystanie zasobów w centrach danych. Mechanizm bardzo skutecznie zapobiega temu, co często dzieje się w centrach, w których klienci wykupują zasoby dla swoich usług – poza „szczytem” większość zasobów leży odłogiem. Szacuje się, że przez to centra średnio są wykorzystane w 20 procentach.

Serenity układa zadania w taki sposób, by niewykorzystane zasoby klientów mogły pracować na rzecz innych zadań, jak przetwarzanie wideo czy kompresja plików. Przydzielanie odbywa się dynamicznie i bezpiecznie, więc jakość usług klienta nie spada, a zasoby są lepiej wykorzystanie. To oczywiście przekłada się na oszczędność energii i oczywiście pieniędzy.

Polacy pracują także nad przyspieszaniem obliczeń za pomocą zintegrowanych z procesorami układów FPGA – programowalnych układów logicznych, które wspomagają wykonywanie konkretnych obliczeń. Układy te są nieco wolniejsze od czipów ASIC, produkowanych z myślą o konkretnych obliczeniach, ale ich zaletą jest możliwość zmiany przeznaczenia.

Podczas wizyty mogliśmy obejrzeć także powstałe w Gdańsku narzędzia programistyczne do łączenia macierzy dysków SSD w różne konfiguracje RAID, opracowane w grupie Server Software Development. Celem jest oczywiście poprawa wydajności i zwiększenie niezawodności przy przechowywaniu, odczytywaniu i zapisywaniu danych. Macierz z dysków SSD może poprawić wydajność w centrach danych nawet kilkukrotnie.

Na poniższych zdjęciach możecie zobaczyć przykładową platformę testową, podłączoną do maszyny macierzystej przez PCIe x16, do której włożonych zostało 8 dysków SSD DC P3700 (PCIe x4) o pojemności 400 GB każdy. Na komputerze działają ponadto autorskie narzędzia testujące wydajność i niezawodność macierzy.

100-osobowy zespół w Gdańsku zajmuje się szybkimi sieciami. Na własne oczy mogliśmy zobaczyć, jaką przewagę daje szybsza transmisja danych. Mogliśmy przyjrzeć się rackowemu switchowi z portami Ethernetowymi 40 Gb/s i przekonać się, ile może zyskać operator telekomunikacyjny, montując je w swojej infrastrukturze. Szybsze switche to mniej zajętego miejsca i mniej zużytego prądu przy tej samej liczbie klientów.

Sprzęt sieciowy 40 Gb/s jest dostępny od 2014 roku i to oczywiście nie koniec. Już pojawiają się pierwsze urządzenia z portami 80 Gb/s. W Intelu trwają prace nad Ethernetem zdolnym przesyłać dane z prędkością 100 Gb/s.

To, że Intel pracuje nad opisanymi wyżej rozwiązaniami, dla miłośników techniki jest zapewne oczywiste. Warto jednak wiedzieć, że to nie koniec. Cortana, mimo że nie mówi po polsku i nie rozumie naszego języka, nie byłaby tak komunikatywna, gdyby nie oddział w Gdańsku.

W polskich laboratoriach dźwiękowych Intela prowadzone są prace nad przetwarzaniem dźwięku i nowymi sposobami interakcji ludzi z komputerami. Jednym z nich jest oczywiście prowadzenie swobodnej rozmowy z urządzeniem. Sposoby na przetwarzanie głosu tak, by zrozumiała go Cortana, a także na usuwanie z tła wszelkich hałasów, opracowywane są między innymi w tym, zgodnym ze standardami, pokoju odsłuchowym:

Testy można oczywiście automatyzować, w czym pomaga widoczny na zdjęciu po lewej stronie manekin o imieniu Ricardo, który odtwarza nagrane wcześniej dźwięki i może testować przez całą noc. Symulację warunków zewnętrznych, jak ruch podróż samochodem czy „niemieckie przedszkole”, odtwarza zestaw monitorów, ustawionych wokół stanowiska testowego.

Intel dostarcza sprzęt i oprogramowanie, dzięki któremu Cortana jest w stanie „słuchać” głosu użytkownika, a korzystanie z niej nie zużywa wiele energii. Dzięki polskiemu laboratorium powstała także metoda energooszczędnego, ciągłego nasłuchu (Intel Ready Mode) dla maszyn z procesorami Skylake, dzięki której można będzie między innymi porozmawiać z Cortaną nawet gdy komputer jest uśpiony. Dlatego właśnie, choć Cortana nie mówi po polsku, jest z pewnością przyzwyczajona do słuchania naszego języka i to dzięki Polakom będzie budzić się na zawołanie.

W Gdańsku znajduje się także najnowocześniejsza w kraju (choć rektor AGH miał co do tego pewne wątpliwości) komora bezechowa. Polskie laboratorium jest czołowym w strukturach firmy.

Licząca ponad 200 osób grupa inżynierów pracuje tu także nad różnymi sposobami oszczędzania energii podczas odtwarzania dźwięku, dźwiękiem wysokiej jakości, przetwarzaniem na potrzeby odsłuchu i kina domowego, rozpoznawaniem mowy i jak najlepszej współpracy sprzętu Intela z popularnymi programami, jak Skype.

Opracowywane tu rozwiązania trafią nie tylko do sprzętu z Windowsem 10, ale także do urządzeń mobilnych i ubieralnych.