Исследователи из калифорнийского университета в г. Сан-Диего
обнаружили способ для вовлечения в эффективную работу неиспользуемых
транзисторов на микросхемах. В первую очередь, такое использование скрытых
ресурсов может помочь в увеличении производительности и снижении
энергопотребления смартфонов. Фактически, исследователи предлагают превратить
неиспользуемые компоненты микросхем в специализированные процессоры с
динамической оптимизацией.
Гонка за количество транзисторов в чипе продолжается
постоянно, однако производители различных мобильных устройств ведут еще более
напряженную гонку – за снижение энергопотребления. В результате у многих
современных чипов просто не хватает энергии, чтобы задействовать все
транзисторы, изготовленные на кремниевой подложке. С каждым новым поколением
чипов доля активно отключаемых элементов возрастает экспоненциально – эти
отключенные элементы и образуют так называемый «темный кремний». Например, в
процессорах с архитектурой Intel Nehalem функция «турбо-ускорение» вызывает
резкое повышение тактовой частоты для одних ядер, а другие ядра отключаются
совсем.
Главная идея исследователей, решивших превратить «темный
кремний» в аппаратные ускорители, заключается в динамическом формировании
узкоспециализированных аппаратных ускорителей из «законсервированных» элементов
чипа. Конечно, идея использовать внутренние резервы электроники для выполнения
наиболее ресурсоемких операций не нова. В частности, алгоритмы для обработки
самых востребованных арифметических функций уже встроены на аппаратном уровне
в арифметико-логические модули процессоров. Новизна же идеи кроется в
динамическом характере формируемых на чипе аппаратных ускорителей. Благодаря
этой идее чипы становятся не статичным набором соединенных между собой
логических элементов, а динамической матрицей, которую можно оптимизировать и
перестраивать программно.
Специализированные перепрограммируемые процессоры,
создаваемые из неиспользуемых элементов чипа, исследователи назвали термином «conservation
cores» или «c-cores» («ядра консервации»). Эти ядра берут на себя часть работы
центрального процессора, если самому процессору не хватает времени для
обработки. Циклические операции, передаваемые на «ядра консервации» получили
название «hot code» («горячий код», код, который необходимо обработать как
можно быстрее). Благодаря узкой специализации этих «ядер консервации» каждое
такое ядро потребляет всего 8 пикоджоулей на инструкцию, в то время как
средний MIPS-процессор потребляет на обработку такой же инструкции целых 91
пикоджоуль энергии.
В принципе, производители микросхем могут реализовать
подобные специализированные процессоры самостоятельно, однако ученые из UCSD
(Университет Сан-Диего) разработали полностью автоматическую систему, которая
генерирует схемы «ядер консервации» прямо из исходного кода приложений. Таким
образом, при установке новых приложений типы функций, назначенные динамическим
сопроцессорам, будут меняться так же автоматически, не требуя отдельного
ручного вмешательства.
Интересно, что авторы новой технологии пока не планируют
выпускать коммерческие чипы на базе своей разработки. Тем не менее, ведется
работа по генерации «ядер консервации» на чипе GreenDroid – это прототип
процессора для смартфонов под управлением операционной системы Android. Чип GreenDroid
будет состоять из 16 блоков, причем каждый из этих блоков будет иметь размер около
миллиметра и содержать внутри отдельный MIPS-процессор и от 6 до 10 взаимодействующих
динамических Android-сопроцессоров.
Чип GreenDroid предназначен для использования в мобильных
приложениях на смартфонах. За счет уникальной архитектуры разработчики надеются
снизить энергопотребление в 11 раз внутри сопроцессоров и в 7,5 раз при
исполнении кода на главном процессоре.
Подробнее о технологии динамического формирования
сопроцессоров внутри процессоров мобильных устройств можно прочитать в статье
разработчиков и в презентации чипа GreenDroid.
По материалам сайта GizMag.
|
