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"डार्क" सिलिकॉन के युग में कहानी
"जीवन की एक निरंतरता
" है । पिछले भाग में, कहानी सिलिकॉन के अंधेरे क्षेत्रों में सार्वभौमिक तर्क का उपयोग करने के बारे में थी। इस बार, विशेष तर्क का उपयोग करने पर विचार करें।
"विशेष घुड़सवार" या विशेष समाधान का उपयोग।
“हम उस सभी अंधेरे सिलिकॉन का उपयोग करेंगे
विशेष बनाने के लिए क्षेत्र
कोर, उनमें से प्रत्येक के लिए देखते थे
हाथ में कार्य (10-100x अधिक)
ऊर्जा कुशल), और केवल बारी
जिन पर हमें ज़रूरत है ... "के रूप में अधिक से अधिक माइक्रोप्रोसेसर ट्रांजिस्टर "अंधेरे" हो जाते हैं, जिस क्षेत्र पर उनका कब्जा होता है वह गर्मी लंपटता और बिजली की खपत के संदर्भ में एक तेजी से सस्ता संसाधन बन जाता है। समानांतरकरण के माध्यम से ऊर्जा दक्षता में सुधार के लिए इस क्षेत्र का उपयोग करने के संभावित तरीकों में से एक पहले वर्णित किया गया है। हालाँकि, इस दृष्टिकोण की कई सीमाएँ हैं। आदर्श परिस्थितियों में भी, ऊर्जा की खपत में केवल 2-2.5 गुना की कमी संभव है, 2-2 गुना तक कब्जे वाले क्षेत्र में वृद्धि। इसके अलावा, सभी नोड्स को सिद्धांत में समानांतर नहीं किया जा सकता है, और किसी भी कार्यक्रम में आप डेटा समानता नहीं पा सकते हैं ...
ऊर्जा दक्षता के बदले में अंतरिक्ष के अधिक कुशल उपयोग की अनुमति देने वाले दृष्टिकोणों में से एक विशेष इकाइयों (कॉपोरोसेसर्स) के कार्यान्वयन के लिए अंधेरे सिलिकॉन का उपयोग है, जिनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट कार्य सामान्य प्रयोजन के प्रोसेसर की तुलना में बहुत तेज या बहुत अधिक ऊर्जा कुशल (लगभग 100-1000 गुना) है। [1]। खैर, आवश्यक कार्यों के कार्यान्वयन को सबसे पसंदीदा तरीके से कोप्रोसेसर और सामान्य प्रयोजन कोर के बीच वितरित किया जा सकता है। एक ही समय में, वर्तमान में अप्रयुक्त कोप्रोसेसर इकाइयों को ऊर्जा बचाने के लिए पूरी तरह से बंद किया जा सकता है।
भविष्य में विशेष नोड्स के पूर्ण उपयोग की संभावनाएं नग्न आंखों को दिखाई देती हैं: प्रसंस्करण, ग्राफिक्स, कंप्यूटर विजन, वीडियो एन्कोडिंग और अन्य जैसे कार्यों के लिए विशेष त्वरक आज पहले से ही व्यापक हैं। ये त्वरक परिमाण उत्पादकता और ऊर्जा दक्षता के आदेशों को बढ़ा सकते हैं, विशेष रूप से उच्च-समानांतर कंप्यूटिंग के लिए।
शोधकर्ताओं [2] ने इस प्रवृत्ति को समाप्त कर दिया है और अपनी अपेक्षाओं को व्यक्त करते हैं कि निकट भविष्य में हम ऐसी प्रणालियों को देखेंगे जिनमें अधिकांश भाग विशिष्ट इकाइयों से युक्त होते हैं, न कि सामान्य उद्देश्य वाले नाभिक के। साहित्य में, ऐसी प्रणालियों को कोप्रोसेसर डोमिनेटेड आर्किटेक्चर या सीओडीए कहा जाता है।
यदि आप नीचे दिखाए गए इंटेल मेडफील्ड माइक्रोप्रोसेसर सर्किट को देखते हैं, तो आप देख सकते हैं कि यह "निकट भविष्य" आपको लगता है :) की तुलना में बहुत करीब है। यह वही प्रोसेसर है जिसका उपयोग इंटेल मिंट में किया जाता है - x86 आर्किटेक्चर पर आधारित पहला स्मार्टफोन है। और, जैसा कि आप देख सकते हैं, प्रोसेसर कोर के अलावा, क्रिस्टल में कई अलग-अलग विशिष्ट ब्लॉक शामिल हैं।
इंटेल मेडफील्ड प्लेटफार्महालांकि, अंधेरे सिलिकॉन की समस्या से निपटने के लिए विशेष नोड्स के उपयोग में वृद्धि इस तथ्य की ओर ले जाती है कि डेवलपर्स (और न केवल उन्हें) कई समस्याओं का सामना करना पड़ता है, जिसे सामूहिक रूप से
"बेबल संकट का टॉवर
" (टॉवर-ऑफ-बबेल समस्या) कहा जाता है। यह "बाबेल भीड़" के बारे में बाइबिल की कहानी की आधुनिक व्याख्या का एक संदर्भ है, जब भाषाओं के मिश्रण के कारण, लोगों ने एक-दूसरे को समझना बंद कर दिया और निर्माण जारी नहीं रख सके। त्वरक के उपयोग के कारण, सामान्य-उद्देश्य कंप्यूटिंग का हमारा विचार अधिक खंडित होता जा रहा है और सॉफ्टवेयर डेवलपर्स, सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर के बीच परंपरागत रूप से स्पष्ट सीमाएं, जो अंततः गणना करती हैं, अधिक से अधिक धुंधला हो रही हैं। यहाँ कुछ उदाहरण हैं।
पहले से ही, हम देख सकते हैं कि विशेष भाषाएं, जैसे कि क्यूएडीए, जो वास्तव में एक कंपनी द्वारा एकाधिकार में हैं, एक विशिष्ट हार्डवेयर के लिए डिज़ाइन की गई हैं, और समान आर्किटेक्चर (एएमडी) में भी स्थानांतरित नहीं किया जा सकता है। (CUDA के विकल्प हैं, लेकिन यह उस बारे में नहीं है)
त्वरक के अति-विशेषज्ञता की समस्याएं हैं, जो उन्हें अपने मुख्य उद्देश्य से निकटता से संबंधित कार्यों के लिए भी अनुपयुक्त बना देती हैं। उदाहरण के लिए, ऐसे मामले हैं जब वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए किए गए दोहरे गणना जीपीयू पर गलत परिणाम देते हैं जिनकी फ्लोटिंग-पॉइंट इकाइयां ग्राफिक कार्यों में विशेषज्ञ हैं।
इसके अलावा, एक विषम हार्डवेयर को प्रोग्राम करने के अत्यधिक प्रयासों के कारण विकास की शुरूआत के साथ समस्याओं को जाना जाता है। उदाहरण के लिए, सोनी Playstation 3 की लोकप्रियता गेम को पोर्ट करने और सेल प्रोसेसर की प्रोग्रामिंग क्षमताओं का उपयोग करने की कठिनाई के कारण धीरे-धीरे बढ़ रही है।
और अंत में, विशेष हार्डवेयर नोड्स में अप्रचलन का खतरा होता है, क्योंकि मानकों को कभी-कभी संशोधित किया जाता है (उदाहरण के लिए, जेपीईजी मानक को अपडेट करना), और डिवाइस को बदलने के अलावा उनके हार्डवेयर कार्यान्वयन को बदलना विफल हो जाएगा।
सिस्टम जटिलता से लोगों को अलग करें । ऊपर सूचीबद्ध सभी कारक सीओडीए को विकसित करने और उन्हें प्रोग्राम करने के लिए किसी व्यक्ति द्वारा आवश्यक प्रयास में संभावित घातीय वृद्धि का संकेत देते हैं। टॉवर ऑफ बैबेल के संकट के खिलाफ लड़ाई के साधनों के लिए नए दृष्टिकोण के उद्भव की आवश्यकता है जिसके द्वारा विशेषज्ञता व्यक्त की जाती है और भविष्य के प्रसंस्करण प्रणालियों में इसका उपयोग कैसे किया जाता है। हमें नए स्केलेबल वास्तुशिल्प समाधानों की आवश्यकता है जो बिजली की खपत और अधिकतम प्रदर्शन को कम करने के लिए सार्वभौमिक नोड्स का उपयोग करते हैं।
Amdahl के कानून द्वारा विशेषज्ञता पर लगाए गए प्रतिबंधों पर काबू पाने ।
Amdahl का नियम कंप्यूटर की संख्या में वृद्धि के साथ एक कंप्यूटर प्रणाली की उत्पादकता में वृद्धि की सीमा को दर्शाता है। विशेषज्ञता और ऊर्जा की खपत के संबंध में इसकी व्याख्या का मतलब है कि, उदाहरण के लिए, प्रदर्शन किए गए गणना के केवल आधे त्वरक को स्थानांतरित किया जा सकता है, फिर ऊर्जा की खपत को दो गुना से भी कम किया जा सकता है (त्वरक के कारण)। यह विशेषज्ञता के लिए एक अतिरिक्त बाधा के रूप में कार्य करता है और हमें उन दृष्टिकोणों की तलाश करता है जो हमें न केवल नियमित, समानांतर और पूर्वानुमान योग्य, बल्कि अनियमित भी, अधिकांश गणनाओं पर ऊर्जा बचाने की अनुमति देगा।
अब प्रोग्राम कोड के टुकड़ों से त्वरक के स्वचालित उत्पादन के क्षेत्र में अनुसंधान किया जा रहा है। कार्यक्रम के अक्सर उपयोग किए जाने वाले, धीमी या ऊर्जा-खपत वाले वर्गों का पता लगाना है - "हॉट स्पॉट"। और फिर, एक विशेष कर्नेल के विवरण को संश्लेषित करता है जो समान क्रियाएं करता है, लेकिन बहुत तेज या कम ऊर्जा खर्च करता है। इस तरह की विशेष गुठली को
संरक्षण कोर या
सी-कोर कहा जाता है।
नियमित और अनियमित गणना दोनों के उद्देश्य से CoDA प्रणालियों के निर्माण के लिए इस दृष्टिकोण का एक उदाहरण UCSD ग्रीनड्रॉइड प्रोसेसर [3] है। दृष्टिकोण एंड्रॉइड मोबाइल वातावरण में "हॉट स्पॉट" का पता लगाने और सैकड़ों संरक्षण कोर के उपयोग पर आधारित है, जिसके लिए संकलक कोड के "हॉट" अनुभागों के निष्पादन को स्थानांतरित करता है। यह दृष्टिकोण आपको प्रोग्रामर की ओर से अतिरिक्त प्रयास के बिना ऊर्जा दक्षता में 8-10 गुना लाभ प्राप्त करने की अनुमति देता है। (हालांकि, निश्चित रूप से, यह विषय एक अलग पोस्ट का हकदार है :))
ग्रीनड्रॉइड संरक्षण जीवन चक्रएनटीवी प्रोसेसर के विपरीत, इस दृष्टिकोण के साथ धारावाहिक निष्पादन में प्रदर्शन के नुकसान को कवर करने के लिए अतिरिक्त संगामिति देखने की आवश्यकता नहीं है। नतीजतन, सी-कोर का उपयोग अनुक्रमिक कार्यों सहित व्यापक रूप से कार्यों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया जाएगा। हालांकि, अत्यधिक समानांतर भार के लिए, एनटीवी प्रोसेसर का एक फायदा हो सकता है।
यह कहानी का निष्कर्ष है कि "अंधेरा" सिलिकॉन क्या है और इसके उपयोग के लिए मुख्य दृष्टिकोण क्या हैं। इस तथ्य के बावजूद कि मूर के कानून के प्रत्येक पीढ़ी के साथ सिलिकॉन गहरा हो रहा है, इस क्षेत्र के शोधकर्ताओं के लिए, भविष्य उज्ज्वल और रोमांचक लग रहा है। समय के साथ, डार्क सिलिकॉन पूरे कंप्यूटिंग स्टैक को बदल देगा। और ये परिवर्तन आगे अनुसंधान और सुधार के लिए कई अवसर लाएंगे।
* और सिस्टम-स्तर के अनुकूलन के रूप में "डार्क" सिलिकॉन, ऊर्जा और तापमान के मुद्दों से संबंधित "गैर-शास्त्रीय" थीम भी है। यदि यह विषय रूचि का है, तो संबंधित निरंतरता होगी।
UPD: यहाँ
अगली कड़ी आती है ।
सूत्रों का कहना है
1. वेंकटेश, सैम्पसन, गोल्डिंग, गार्सिया, ब्राइक्सिन, लुगो-मार्टिनेज, एस। स्वानसन और एमबी टेलर। "संरक्षण कोर: परिपक्व संगणना की ऊर्जा को कम करना।" ASPLOS, 2010 में।
2. एन। हरदावेल्स, एम। फेरडमैन, बी। फालसा_, और ए। नीलामकी। "सर्वरों में डार्क सिलिकॉन की ओर।" IEEE माइक्रो, 2011।
3. एन। गोल्डिंग-हॉट्टा एट अल "द ग्रीनड्रॉइड मोबाइल एप्लिकेशन प्रोसेसर: सिलिकॉन के अंधेरे भविष्य के लिए एक वास्तुकला।" माइक्रो, आईईईई, मार्च 2011।