【IT商業(yè)新聞聞?dòng)崱?月24日消息，據(jù)《每日科學(xué)》網(wǎng)站報(bào)道，計(jì)算機(jī)科學(xué)家們一直在試圖通過增加單個(gè)芯片中的處理器內(nèi)核數(shù)量來提高超級(jí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度。但美國桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)在模擬了來自大型數(shù)據(jù)集的關(guān)鍵算法后，發(fā)現(xiàn)單純?cè)黾觾?nèi)核數(shù)量會(huì)意外地導(dǎo)致許多復(fù)雜計(jì)算的性能趨于惡化。
運(yùn)行速度和內(nèi)核數(shù)量不成正比
模擬結(jié)果顯示，運(yùn)算速度在2個(gè)到4個(gè)內(nèi)核時(shí)會(huì)明顯增加，但在4個(gè)到8個(gè)內(nèi)核時(shí)增加并不明顯;超過8個(gè)內(nèi)核時(shí)，反而會(huì)引起速度的下降;16個(gè)內(nèi)核時(shí)的速度幾乎超不過2個(gè)內(nèi)核的情況;之后再繼續(xù)增加內(nèi)核數(shù)量時(shí)速度就會(huì)急劇下降。
造成此種情形的原因在于內(nèi)存帶寬的缺乏，以及每個(gè)處理器對(duì)可獲得的內(nèi)存總線的爭奪。內(nèi)存總線是一組可與系統(tǒng)內(nèi)存交換內(nèi)存地址和數(shù)據(jù)的連線。
舉一個(gè)超市中的例子，如果同一個(gè)結(jié)賬柜臺(tái)有兩名而不是一名收銀員正在處理顧客購買的食品，結(jié)賬速度明顯會(huì)快很多。當(dāng)然，也可以用4名、8名或16名收銀員來結(jié)賬。但此時(shí)，問題就來了。如果哪一名收銀員根本接觸不到顧客購買的食品，那他對(duì)收銀進(jìn)程就起不到必要的幫助作用。更糟的是，每名收銀員也許還會(huì)以自己的方式招徠顧客。
同樣，如果一個(gè)人認(rèn)為1個(gè)內(nèi)核速度快，2個(gè)內(nèi)核速度就更快，4個(gè)內(nèi)核還要快，并以此類推，那他肯定是個(gè)沒腦子的人。
桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的研究人員在高性能計(jì)算機(jī)上的模擬結(jié)果顯示，由于缺乏快速獲取單獨(dú)記憶緩存(每個(gè)處理器的“食品”)的能力，當(dāng)內(nèi)核數(shù)超過8個(gè)時(shí)處理器的速度不升反降。
多核技術(shù)治標(biāo)不治本
研究人員表示，在某種程度上，許多應(yīng)用程序很顯然具有只需一個(gè)單核的內(nèi)存帶寬極限。但是，這不是一個(gè)業(yè)界已擁有解決方案的問題，而且這個(gè)問題還常常被忽視。
桑迪亞計(jì)算、計(jì)算機(jī)、信息和數(shù)學(xué)中心主任詹姆斯?皮里說，要解決模塊之間的競爭是很困難的。所有的內(nèi)核都在通過相同的管道向內(nèi)存發(fā)出請(qǐng)求，這就像1個(gè)、2個(gè)、4個(gè)或8個(gè)人在同時(shí)跟你說“我想要這份資料”后，一直等著回復(fù)，這就會(huì)導(dǎo)致延遲。
桑迪亞研究人員表示，之所以要采用原本使用在“紅色風(fēng)暴”超級(jí)電腦中的AMD處理器，正是因?yàn)槠鋬?nèi)存性能要優(yōu)于包括皓龍?zhí)幚砥髟趦?nèi)的其他處理器。AMD處理器在高性能計(jì)算機(jī)中大行其道的主要原因之一，就是其擁有一個(gè)集成的內(nèi)存控制器，這是英特爾到目前還沒有的。
多核技術(shù)被認(rèn)為可能會(huì)成為摩爾定律的救星。摩爾定律預(yù)測(cè)集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔兩年便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。研究人員說，多核技術(shù)讓芯片制造商在晶體管數(shù)量上成功地跟上摩爾定律的預(yù)測(cè)，現(xiàn)在的瓶頸則是如何脫離芯片與內(nèi)存或網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)。
研究人員一個(gè)更為自然的目標(biāo)則是增加單個(gè)內(nèi)核的時(shí)鐘速率，因?yàn)榻^大多數(shù)的應(yīng)用程序是基于單核性能開發(fā)的字處理、音樂或視頻應(yīng)用。但是，功率消耗、不斷增加的熱量以及像寄生電流等所涉及的物理學(xué)基本定律則表明，要在普通硅處理器上設(shè)計(jì)提高芯片速度已達(dá)到了極限。
研究人員表示，令人絕望的是，目前芯片設(shè)計(jì)業(yè)者還無法找到更好的辦法，雖然人們看到的內(nèi)存系統(tǒng)設(shè)計(jì)比12個(gè)月前有了很大改善，但是根本性的問題依然存在。
目前，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室已在數(shù)據(jù)傳遞計(jì)劃上投入了大量資金，并已經(jīng)和橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室共同組建了先進(jìn)結(jié)構(gòu)研究所，正在為突破每秒運(yùn)行一百萬萬億次的計(jì)算技術(shù)鋪平道路，這也許將有助于紓解多芯片困境。 （編輯：堅(jiān)定）
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