इंटेल और यूनिवर्सिटी ऑफ नॉर्थ कैरोलिना के शोधकर्ता CPU कोर के बीच डेटा विनिमय में 2-12 गुना तक तेजी लाते हैं

इंटेल कोर प्रोसेसर (पूर्व में कोडीन नाम कैबी लेक) की सातवीं पीढ़ी की टोपोलॉजी, जो 2016 के अंत में उपलब्ध होगी। फोटो: इंटेल

, उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय और इंटेल के शोधकर्ताओं के एक समूह ने सीएएफ (कोर से कोर कम्युनिकेशन एक्सेलेरेशन फ्रेमवर्क) तकनीक विकसित की है , जो प्रोसेसर कोर के बीच डेटा के आदान-प्रदान को काफी तेज कर सकती है। इस अड़चन को खत्म करके, निर्माता अंततः सीपीयू में कोर की संख्या को बढ़ाने में सक्षम होंगे, उनके बीच सेवा यातायात में एक घातीय वृद्धि के बिना।

समानांतर कार्यक्रमों के कार्यान्वयन में, प्रक्रियाओं के बीच साझा संसाधनों के सही समन्वय को सुनिश्चित करना सबसे कठिन काम है। आधुनिक प्रोसेसर पर, कोर के बीच समानांतर बातचीत का सिंक्रनाइज़ेशन दो तरीकों से किया जाता है: संदेश पासिंग और साझा मेमोरी के माध्यम से।

पहले मामले में, प्रत्येक कोर पर एक एकल-थ्रेडेड प्रक्रिया शुरू की जाती है, जो अन्य कर्नेल पर चलने वाली अन्य प्रक्रियाओं के साथ डेटा का आदान-प्रदान करती है।

मल्टीप्रोसेसर सिस्टम के प्रत्येक प्रोसेसर पर साझा मेमोरी के माध्यम से बातचीत करते समय, निष्पादन थ्रेड जो एक प्रक्रिया से संबंधित होता है, लॉन्च किया जाता है। स्ट्रीम इस प्रक्रिया के लिए स्मृति के एक हिस्से के माध्यम से डेटा का आदान-प्रदान करती हैं। थ्रेड्स की संख्या प्रोसेसर की संख्या से मेल खाती है।

शोधकर्ताओं ने इस तरह के संसाधन समन्वय को लागू करने का प्रस्ताव दिया हैहार्डवेयर स्तर पर । तैयार किए गए वैज्ञानिक कार्यों के सार में, वे ध्यान दें कि "इसकी प्रकृति द्वारा साझा स्मृति के माध्यम से बातचीत में सुसंगतता और कैश मिस को बनाए रखने के लिए अक्षमताएं शामिल हैं, जो ओवरहेड को बढ़ाता है और बड़ी मात्रा में [अतिरिक्त] नेटवर्क ट्रैफ़िक बनाता है।"

कई महत्वपूर्ण कार्यों के लिए कोर के बीच यातायात के एक बड़े आदान-प्रदान की आवश्यकता होती है, इसलिए ओवरहेड में एक महत्वपूर्ण वृद्धि के प्रदर्शन में बहुत बड़ी लागत आती है। यह कंप्यूटिंग पाइपलाइन के प्रदर्शन पर भी लागू होता है, जो कमांड स्तर पर समानांतरवाद के संचालन के लिए सॉफ्टवेयर समाधान में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

हार्डवेयर त्वरण समानांतर कंप्यूटिंग में कोर के काम का समन्वय करता है। प्रस्तावित हार्डवेयर कोर समन्वय किसी भी सॉफ्टवेयर सिंक्रनाइज़ेशन विधियों की तुलना में बहुत अधिक कुशल है जो वर्तमान में उपयोग में हैं।

"यह दृष्टिकोण, जिसे हमने कोर के बीच त्वरित संचार के लिए सीएएफ फ्रेमवर्क कहा था, डेटा ट्रांसफर में 2-12 बार सुधार करता है," यान सोलहिन ने उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के प्रोफेसर और शोध के सह-लेखक कहा। "दूसरे शब्दों में, निष्पादन की गति - शुरू से अंत तक - कम से कम दो बार तेज है।"

तैयार किए गए वैज्ञानिक काम में, लेखकों ने ओवरहेड (कोर के बीच अत्यधिक नेटवर्क ट्रैफ़िक) का विश्लेषण किया, जो तब होता है जब मौजूदा सॉफ़्टवेयर विधियों के साथ समानांतर संगणना को सिंक्रनाइज़ किया जाता है। और उन्होंने एक वैकल्पिक समाधान प्रस्तावित किया।

नए ढांचे का एक प्रमुख तत्व कतार प्रबंधन उपकरण (क्यूएमडी) कतार प्रबंधन हार्डवेयर मॉड्यूल है। यह सरल कम्प्यूटेशनल फ़ंक्शन करने में सक्षम है और संचार सबसिस्टम से हार्डवेयर से जुड़ा है, जो कि NoC (चिप पर एक नेटवर्क - प्रोसेसर के अंदर एक मिनी-इंटरनेट ) है।


लेख से चित्रण " नेटवर्क चिप पर - प्रोसेसर के भीतर एक मिनी इंटरनेट "

क्यूएमडी मॉड्यूल सीपीयू कोर पर किसी भी अतिरिक्त सॉफ्टवेयर निर्देशों के बिना कतार के प्रबंधन और कोर की समानांतर बातचीत को सिंक्रनाइज़ करने का काम करता है। यह एक नेटवर्क पर एक हार्डवेयर राउटर की तरह है।

आधुनिक प्रोसेसर पर कोर की निरंतर वृद्धि के प्रकाश में भविष्य का विकास महत्वपूर्ण है। यह पूरी तरह से प्राकृतिक प्रक्रिया है, क्योंकि प्राकृतिक शारीरिक सीमाओं के कारण घड़ी की गति लगभग बंद हो गई है। निर्माताओं के पास गणना को समानांतर करने के अलावा कोई विकल्प नहीं है।

ऐसी स्थितियों के तहत, कोर के बीच समानांतर बातचीत का सिंक्रनाइज़ेशन उस अड़चन बन जाता है जो सिस्टम प्रदर्शन को सीमित करता है। प्रोसेसर कोर के बीच कुशल ट्रैफ़िक रूटिंग के साथ, आप सीपीयू आर्किटेक्चर को स्केल करना जारी रख सकते हैं और लगभग रैखिक प्रदर्शन स्केलिंग के साथ दसियों या सैकड़ों कोर के साथ प्रोसेसर बना सकते हैं। कोर के बीच कुशल ट्रैफिक रूटिंग एक महत्वपूर्ण तकनीक है जिसे मल्टी-कोर सीपीयू आर्किटेक्चर को आगे बढ़ाने के लिए आवश्यक है।

समानांतर कंप्यूटिंग को सिंक्रनाइज़ करते समय कोर के बीच डेटा एक्सचेंज को बार-बार तेज करने के अलावा, क्यूएमडी मॉड्यूल कई एसेस से डेटा को एकत्रित करने में उपयोगी हो सकता है। शोधकर्ताओं का मानना ​​है कि यह 15% तक कुछ बुनियादी कंप्यूटिंग कार्यों के प्रसंस्करण को गति देगा।

वैज्ञानिक कार्य " सीएएफ: कोर से कोर कम्यूनिकेशन एक्सेलेरेशन फ्रेमवर्क " 25 वें सम्मेलन में समानांतर वास्तु और संकलन विधियों PACT '16 पर प्रस्तुत किया जाएगा, जो 11-15 सितंबर, 2016 को हाइफा (इज़राइल) में आयोजित किया जाएगा।

आविष्कारक येपेंग वांग (यूनिवर्सिटी ऑफ नॉर्थ कैरोलिना), रेन वांग, एंड्रयू हेरड्रीक और जेम्स त्साई (सभी इंटेल कॉर्प) हैं, और कागज के प्रमुख लेखक उपरोक्त हैं उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय और अमेरिकी राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन से यान सोलहिन।

यह लेख 2016 की अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन की कार्यवाही में समानांतर आर्किटेक्चर और संकलन पर शामिल किया गया था, पी। ३५१-३६२, डोई: १०.११४५ / २ ९ ६38 ९ ३67.२६ ९ ५ ९ ५४। रिपोर्ट का संग्रह सम्मेलन के प्रतिभागियों को वितरित करने और इंटरनेट पर प्रकाशित होने की संभावना है।

Source: https://habr.com/ru/post/hi397275/