Anonim

Kiến trúc chip Swarm của MIT tăng cường CPU đa lõi

Thiết bị điện tử

Dario Borghino

Ngày 4 tháng 7 năm 2016

Thiết kế chip Swarm của MIT có thể mở khóa toàn bộ sức mạnh của điện toán song song (Tín dụng: Christine Daniloff / MIT)

Trong gần 10 năm, bộ xử lý máy tính đã trở nên nhanh hơn bằng cách sử dụng nhiều lõi thay vì tăng tốc độ riêng lẻ. Biện pháp này làm cho PC và điện thoại thông minh của chúng tôi tiết kiệm năng lượng hơn, nhưng cũng khiến việc viết chương trình tận dụng tối đa phần cứng của chúng trở nên khó khăn hơn nhiều. Swarm, một thiết kế chip mới được phát triển tại MIT, giờ đây có thể giải cứu và giải phóng toàn bộ sức mạnh xử lý song song cho tốc độ lên tới 75 lần, trong khi yêu cầu các lập trình viên phải viết một phần mã.

Được phát triển bởi Giáo sư Daniel Sanchez và nhóm, Swarm là một con chip 64 lõi bao gồm các mạch chuyên dụng để thực hiện và ưu tiên các nhiệm vụ một cách đơn giản và hiệu quả, loại bỏ các nhà phát triển phần mềm.

Viết phần mềm cho chip đa lõi giống như điều phối một dự án nhóm phức tạp: không phải tất cả các nhiệm vụ đều có thể được ủy quyền và các nhiệm vụ có thể được phân chia cẩn thận giữa các thành viên trong nhóm. Với phần mềm, loại kế hoạch này có thể phức tạp, tốn thời gian và thêm các chi phí đáng kể làm chậm quá trình thực thi của phần mềm. Vì lý do này, lập trình song song thường chỉ thuận tiện cho các tác vụ lớn có số lượng hàng ngàn hướng dẫn.

Ngoài ra, các nhà phát triển cũng phải đối mặt với vấn đề hay thay đổi trong việc xử lý xung đột dữ liệu. Một tác vụ có thể yêu cầu truy cập và chỉnh sửa một phần dữ liệu hiện đang được thực hiện bởi một tác vụ khác. Để tránh làm hỏng dữ liệu, các lập trình viên phải xử lý thủ công các ưu tiên giữa các tác vụ và đảm bảo các tài nguyên được chia sẻ chỉ có thể được truy cập bởi một tác vụ tại một thời điểm (buộc các tác vụ khác phải chờ đợi đến lượt).

Kiến trúc Swarm đã giải quyết những vấn đề này bằng cách sử dụng mạch chuyên dụng để ủy thác ngay cả những nhiệm vụ nhỏ nhất rất hiệu quả và thực thi một ưu tiên nghiêm ngặt trong số đó. Nhờ đó, các lập trình viên có thể thực hiện các nhiệm vụ song song với ít chi phí, khiến phần mềm chạy nhanh hơn hàng chục lần.

"Swarm có hai lợi thế so với đa lõi thông thường, " Sanchez nói với chúng tôi. "Đầu tiên, Swarm hỗ trợ các tác vụ nhỏ, nhỏ như hàng chục lệnh, một cách hiệu quả. Ngược lại, đa lõi hiện tại cần các tác vụ lớn hơn (hàng nghìn hướng dẫn trở lên) để hoạt động hiệu quả. rất nhiều song song bên trong mỗi nhiệm vụ lớn.

"Thứ hai, Swarm thực thi một trật tự toàn cầu trong số các nhiệm vụ này. Ngược lại, đa lõi hiện tại không thể hỗ trợ thực hiện có hiệu quả, đặc biệt là với các nhiệm vụ nhỏ. "

Trật tự toàn cầu này rất hữu ích để xử lý xung đột dữ liệu. Sau khi các tác vụ được tự động ưu tiên (theo số liệu do nhà phát triển đặt), Swarm bắt đầu làm việc trên các chương trình con ưu tiên cao nhất song song, tận dụng 64 lõi của nó. Nếu xung đột dữ liệu phát sinh, giờ đây chúng có thể được xử lý tự động: ví dụ: nếu tác vụ ưu tiên thấp sửa đổi dữ liệu được truy cập sau đó bởi tác vụ ưu tiên cao, giá trị dữ liệu tạm thời được hoàn nguyên để cho phép các tác vụ quan trọng hoàn thành sớm hơn.

Để kiểm tra kiến ​​trúc mới của họ, Sanchez và nhóm đã so sánh các phiên bản Swarm của sáu thuật toán phổ biến với các đối tác song song được tối ưu hóa cao của chúng. Đáng chú ý, phần mềm Swarm thực hiện cùng một nhiệm vụ nhanh hơn từ ba đến 18 lần, mặc dù chỉ yêu cầu khoảng một phần mười mã. Trong một trường hợp, hệ thống đã có thể đạt được tốc độ tăng tốc gấp 75 lần ấn tượng trên một thuật toán mà các nhà khoa học máy tính cho đến nay vẫn chưa thể song song hóa.

Các nhà nghiên cứu nghi ngờ rằng sự phức tạp của việc phát triển phần mềm cho các hệ thống đa lõi có thể là một trong những lý do chính tại sao các nhà sản xuất chip đã kìm hãm số lượng lõi. Swarm giờ đây có thể giải quyết vấn đề này và mở đường cho các chip đa năng với số lượng lõi lớn.

"Trong một bài báo sắp tới, chúng tôi chứng minh khả năng mở rộng cho hàng trăm lõi, " Sanchez nói với chúng tôi. "Về nguyên tắc, phong cách kiến ​​trúc này có thể mở rộng ra cả các hệ thống lớn hơn (ví dụ: nhiều chip và bảng) miễn là ứng dụng có đủ tính song song. "

Các nhà nghiên cứu hiện đang nghiên cứu các kỹ thuật để làm cho Swarm hiệu quả hơn nữa bằng cách giảm chuyển động dữ liệu và khám phá các mô hình lập trình mới.

Một bài báo mô tả sự tiến bộ xuất hiện trong ấn bản mới nhất của tạp chí IEEE Micro .

Nguồn: MIT

Thiết kế chip Swarm của MIT có thể mở khóa toàn bộ sức mạnh của điện toán song song (Tín dụng: Christine Daniloff / MIT)

Đề XuấT Editor Choice