Кардинальные изменения в архитектуре процессоров

Исследователи из университета Техаса в Остине (University of Texas at Austin) создали центральный процессор (ЦП) весьма необычной архитектуры. После простого последовательного выполнения инструкций и более "умного" внеочередного их выполнения, после распараллеливания "вручную", наконец-то в "железе" реализована новая парадигма исполнения программ. Потенциально она может привести к появлению массовых ЦП со скоростью вычислений в триллионы операций в секунду.

Терафлопы мы уже видели в ряде других экспериментальных и не очень систем, но данная разработка представляет интерес своим оригинальным подходом к решению проблемы производительности.

Процессор из Техаса называется TRIPS (Tera-op, Reliable, Intelligently adaptive Processing System — терафлопная, надёжная, интеллектуальная адаптивная система обработки). Он построен по новой архитектуре, названной EDGE (Explicit Data Graph Execution — явное выполнение графа данных). TRIPS встроен в квадратный корпус с поперечником 47 миллиметров. Внизу: небольшой фрагмент нового процессора.

При традиционном подходе ускорения вычислений применяется распараллеливание, когда программа обрабатывается одновременно большим числом "камней" (или ядер), каждое из которых ненамного быстрее процессоров прежних поколений. Главная трудность тут ложится на плечи программистов, которые должны оптимизировать программу для её распараллеливания.

В противовес этому, учёные из университета Техаса использовали иной подход. Его тоже можно назвать распараллеливанием, в некотором смысле, но никаких изменений в программах он не требует.

В показанном на днях рабочем прототипе TRIPS — два вычислительных ядра. Каждое содержит огромное число одинаковых "плиток", которые, благодаря остроумно продуманным протоколам обмена, способны работать как один процессор.

Тут же — память (кэш) с гибким распределением ресурсов между "плитками", хитроумная система формирования и выполнения блоков команд и, наконец, архитектура в целом, позволяющая (на уровне "железа") выполнять не просто последовательность инструкций, а большие графы инструкций, связанных между собой.

Причём, что очень важно, графы эти процессор строит автоматически, что и позволяет не менять исходный код программы.

Кроме того, каждое из двух ядер TRIPS выполняет по 16 операций за один такт и, к тому же, декодирует "про запас" до 1024 инструкций "на лету" (это, видимо, и нужно для построения графов). Собственно, специалистам стоит почитать техническое описание новинки.

Над TRIPS и архитектурой EDGE Стивен Кеклер (Stephen Keckler), Дуг Бургер (Doug Burger), Кэтрин Маккинли (Kathryn McKinley) и их коллеги работали последние семь лет. Они особо подчёркивают, что принцип построения нового процессора (если говорить именно о "железе") оптимизирован для дальнейшего уменьшения масштаба элементов микросхем.

По материалам: Membrana