計(jì)算機(jī)工程師設(shè)計(jì)研究平臺(tái)混合處理器核以提高性能

計(jì)算機(jī)以靈活性而聞名，可以運(yùn)行從游戲機(jī)到股票交易所的所有操作。但在計(jì)算層面上，大多數(shù)計(jì)算機(jī)依賴于稱為核心的相同處理器陣列?，F(xiàn)在，普林斯頓大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)建立了一個(gè)硬件平臺(tái)，允許不同種類的計(jì)算機(jī)內(nèi)核組合在一起，允許設(shè)計(jì)師以新的方式定制系統(tǒng)。

其目標(biāo)是創(chuàng)建新系統(tǒng)，在專門的核心間分配任務(wù)，提高效率和速度。

在多核協(xié)作的基礎(chǔ)上，當(dāng)核心不需要全部依賴于告訴核心如何處理其處理任務(wù)的相同基本編程代碼時(shí)，可以獲得更多的好處。設(shè)計(jì)者稱這個(gè)基本代碼為指令集架構(gòu)(ISA)。完善的ISAs包括英特爾x86(通常用于筆記本電腦)、ARM(智能手機(jī))和POWER (IBM大型機(jī))。除了混合不同ISAs的核心外，研究人員還對(duì)開發(fā)混合ISAs感興趣，以支持新的處理器設(shè)計(jì)，開發(fā)新的、尖端的、開源的ISAs，如RISC-V ISA的潛力。

然而，計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域所缺乏的是一個(gè)實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)，允許設(shè)計(jì)者嘗試異構(gòu)核和ISA安排。普林斯頓大學(xué)的平臺(tái)叫做“帶上你自己的核心”(BYOC)，是開源的，為任何想要利用它的能力的人提供這樣做的機(jī)會(huì)。

“帶上你自己的核心，它就在名字里，”普林斯頓大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的研究生喬納森巴爾金德(Jonathan Balkind)說?！把芯咳藛T可以將他們的核心連接到我們可修改的硬件框架中，該框架容易支持多個(gè)ISAs，并可擴(kuò)展到處理多達(dá)5億個(gè)核。”

在摩爾定律(1965年對(duì)計(jì)算機(jī)芯片性能每兩年翻一番的觀察)經(jīng)過幾十年的穩(wěn)步發(fā)展已失去影響的情況下，人們希望這一研究途徑能夠勉強(qiáng)取得新的成果。

“在后摩爾時(shí)代獲得更多計(jì)算性能的戰(zhàn)斗中，”Balkind說，“異構(gòu)ISA是兵庫中的關(guān)鍵武器，BYOC將為研究人員真正開發(fā)這些能力提供一條途徑?！?/p>

Balkind是在3月16日那周在瑞士洛桑舉行的2020年編程語言和操作系統(tǒng)架構(gòu)支持國際會(huì)議(ASPLOS)上發(fā)表的一篇論文的第一作者，但由于對(duì)的擔(dān)憂，會(huì)議實(shí)際上取消了。

“我們很興奮的潛力BYOC,不僅對(duì)我們自己的異構(gòu)ISA研究動(dòng)機(jī),但更廣泛的研究社區(qū),”David Wentzlaff說電氣工程的副教授和相關(guān)教師在普林斯頓大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系德世衛(wèi)組織建議·鮑坎德和其他普林斯頓論文的合著者。

這些合著者包括研究生Grigory Chirkov、Fei Gao、Alexey Lavrov和Ang Li。前普林斯頓學(xué)生、現(xiàn)就職于華盛頓大學(xué)的Katie Lim、現(xiàn)就職于英維迪亞大學(xué)的Yaosheng Fu和現(xiàn)就職于哈佛大學(xué)的Tri Nguyen，以及來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Luca Benini、Michael Shaffner和Florian Zaruba以及印度比特Pilani的Kunal Gulati都是共同作者。

BYOC在兩個(gè)基本層次上發(fā)揮作用。第一個(gè)是詳細(xì)的硬件模擬，精確到計(jì)算機(jī)芯片中的每根電線和元件的邏輯運(yùn)行。第二種是模擬芯片架構(gòu)，在可編程硬件上運(yùn)行。仿真模擬了利用選擇核心和ISAs的真實(shí)計(jì)算機(jī)芯片的外觀和功能。

正如在這篇新論文中所描述的那樣，普林斯頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功地將10個(gè)核心連接到一個(gè)容納四個(gè)獨(dú)立ISAs的BYOC平臺(tái)上，盡管Balkind指出，這只是一個(gè)起點(diǎn)。

byoc研究的眾多應(yīng)用中，有一種應(yīng)用就是設(shè)計(jì)混合了遺留核心和前沿核心的新計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這可以幫助處理需要遺留核心的用例。

智能手機(jī)是另一個(gè)應(yīng)用，其中創(chuàng)新核心和ISA部署可以提高用戶體驗(yàn)。BYOC的幫助可以通過開發(fā)一種新穎的安排，在以性能為目標(biāo)的大的、耗電的內(nèi)核之間分配任務(wù)，或者在能效為目標(biāo)的小的、節(jié)能的內(nèi)核之間分配任務(wù)。安全性也是一個(gè)考慮因素，因?yàn)橐恍㊣SAs支持獨(dú)特的安全增強(qiáng)特性。

通過BYOC的驗(yàn)證后，研究人員可能會(huì)選擇將他們設(shè)計(jì)的芯片制成完全實(shí)現(xiàn)的物理形式，由計(jì)算機(jī)芯片制造公司制造。Balkind和他的同事計(jì)劃在今年晚些時(shí)候這樣做，這是近三年開發(fā)和利用BYOC的努力的頂峰。

“我對(duì)我們在Bring Your Own Core上取得的成果非常滿意，我期待其他研究人員使用它，”Balkind說?！拔乙埠芨吲dBYOC是開源的?？紤]到我們有幸在普林斯頓擁有的資源，以及我們從公眾渠道獲得的資金，我們的平臺(tái)也能造福于一般的研究團(tuán)體是很重要的。”