| smotrelkin |
| () |
| 2006/06/25 23:25 |
Кое что из нашего "сада камней"
|
Подвинуть фон Неймана
Современные производители микропроцессоров ведут гонку за повышение производительности. Первый вариант - увеличить частоту работы чипа. Для этого требуется повысить напряжение его питания, что при прочих равных ведет к увеличению нагрева. Другой путь - освоение более тонких технологических норм, например, переход с 65 и 90 нм, используемых сегодня лучшими фабриками, на 45 и 32 нм, но это требует многомиллиардных инвестиций. Существует и третий способ увеличить производительность - радикально изменить архитектуру процессора так, чтобы он не работал последовательно, как сейчас, а мог параллельно производить множество вычислений. Именно такой пусть предлагает команда разработчиков из Уральской архитектурной лаборатории под руководством Николая Стрельцова. На конкурсе в номинации "Белая книга" победил проект уральцев "Создание процессорных архитектур с хранимым алгоритмом".
Выпускаемые сейчас процессоры Intel, Sun, IBM, AMD базируются на архитектуре, разработанной ученым Джоном фон Нейманом еще в середине прошлого века. Она предполагает хранение данных и программ обработки этих данных отдельно от процессора, в памяти компьютера. Сам процессор способен выполнять лишь ограниченный набор инструкций, поэтому сложные расчеты требует представить в виде ряда более простых, понятных ему команд. Переводом программ, написанных на том или ином языке программирования (например, С++ или Fortran), в понятные процессору базовые инструкции (машинный код) занимаются специальные программы-компиляторы. Процесс состоит из двух основных этапов. Сначала компилятор читает все написанное программистом, просит исправить допущенные синтаксические ошибки и двусмысленности, после чего производит первичную оптимизацию: убирает повторы и дублирующиеся подпрограммы. Здесь же воссоздается алгоритмическая структура программы. На втором этапе эта структура переводится в набор инструкций для конкретного процессора: сложные функции разделяются на базовые инструкции, между которыми устанавливаются соответствующие логические связи.
Подавляющее большинство современных процессоров способно выполнять инструкции лишь последовательно (конечно, разработчики решают эту проблему при помощи механизмов предсказания и параллельного выполнения данных, но они подходят не для всех программ). А после выполнения инструкции процессор вынужден каждый раз спрашивать у программы в памяти, что делать дальше с полученным результатом.
Разрабатываемый командой Стрельцова процессор сможет выполнять не только простые инструкции. За счет многоклеточной сетевой структуры, подсмотренной в живой природе, он сможет выделить каждой функции, каждому логическому переходу и ветвлению программы отдельную вычислительную клетку. После этого все ветвления и функции будут выполняться внутри самого процессора. Соответственно, туда же перекочует и память, хранящая программу. Процессор Стрельцова уже не просто обрабатывает поток данных, а фактически выполняет перед этим второй этап компиляции. Имея представление не об отдельных инструкциях, а об алгоритме в целом, он может более эффективно распараллелить его выполнение внутри себя.
Повышение производительности не единственная выгода нового процессора. Как утверждает Стрельцов, процессоры с его архитектурой будет проще проектировать, их можно динамически реконфигурировать. Повышение языкового уровня процессора сократит затраты на создание как компиляторов, так и программного обеспечения в целом.
Но предлагаемый подход имеет и ряд проблем. Главное, что при перенесении части функций компилятора внутрь процессора последний оказывается зависимым от используемого языка программирования. По словам Николая Стрельцова, сегодня уже обеспечена поддержка классического языка C, но работа с его современным вариантом C++ дело будущего.
Проект пока лишь в самом начале. Программная модель (компьютерная программа, имитирующая работу процессора) нового чипа будет готова через пару месяцев, а сроки его воплощения в кремнии пока трудно даже прогнозировать.
Фон Нейман, будь он сегодня жив, скорее всего признал бы преимущества разработанной Стрельцовым архитектуры. Но поверят ли в ее перспективы здравствующие ныне мировые процессорные гиганты? Ведь выживают только параноики.
http://expert.ru/rus_business/2006/06/podvinut_fon_neymana/
Динамо, от тебя комментарий.