Jauh di dalam chip Exynos di Galaxy S7 terletak jaringan saraf untuk memprediksi transisi

Sebuah sistem 14-nanometer FinFET Exynos 8890 sistem chip

Kemarin di sebuah konferensi khusus tentang Hot-chip mikroelektronika di California, insinyur Samsung pertama-tama menunjukkan gambar inti prosesor M1 yang misterius (nama kode Mongoose) yang bekerja pada smartphone S7 dan S7 Edge.

Versi internasional dari smartphone Android ini memiliki sistem chip FinFET Exynos 8890 14-nanometer. Ia memiliki empat core ARM Cortex-A53 standar (1,6 GHz) dan empat core M1 eksklusif yang beroperasi pada 2,3 GHz dan 2,6 GHz

Tim pengembangan Amerika mengembangkan M1 dari nol dalam tiga tahun pada proyeknya sendiri . Dalam benchmark, Exynos 8890 lebih rendah daripada chip iPhone 6S A9 dalam hal kinerja pada inti tunggal, tetapi menang dalam tugas-tugas multi-inti.


Rencana Inti M1. Gambar: Samsung

Salah satu komponen inti M1 adalah prediktor cabang bawaan, yang memprediksi apakah cabang bersyarat akan dieksekusi dalam program yang dapat dieksekusi. Prediksi cabang mengurangi downtime pipa dengan preloading dan melaksanakan instruksi yang harus dieksekusi setelah instruksi cabang bersyarat dijalankan. Prediksi cabang sangat penting karena memungkinkan penggunaan sumber daya komputasi prosesor secara optimal.

Prediksi cabang melalui prediktor cabang adalah fitur yang cukup standar dalam prosesor. Sudah dalam prosesor SPARC dan MIPS pertama, metode prediksi cabang statis primitif digunakan, ketika instruksi yang ditempatkan setelah instruksi cabang bersyarat selalu dimuat ke dalam pipa. Prosesor modern menerapkan metode prediksi transisi dinamis yang lebih maju:

• dengan analisis keseluruhan sejarah transisi (bimodal counter, dua tingkat prediktor adaptif, prediksi transisi global);
  
  
• dengan analisis riwayat transisi sendiri untuk setiap transisi bersyarat (prediksi transisi lokal);
  
  
• prediktor hibrid yang memilih hasil dari prediktor paling sukses, termasuk prediktor untuk siklus;
  
  
• prediktor cabang tidak langsung yang dapat memiliki lebih dari dua cabang.

Jadi, ternyata, pada inti M1, insinyur Samsung menerapkan prediksi cabang menggunakan jaringan saraf . Ini adalah jenis prediktor transisi yang relatif baru. Ini pertama kali diusulkan untuk digunakan dalam karya teoretis oleh Profesor Lucian Vintan pada tahun 1999 (artikel ilmiah " Menuju Prediktor Cabang Neural Berkinerja Tinggi "). Dua tahun kemudian, prediktor transisi perceptron pertama dikembangkan, yang secara teoritis dapat diimplementasikan dalam perangkat keras (artikel ilmiah " Prediksi Cabang Neural Branch Fast Path ", penulis - Profesor Daniel A. Jiménez dari Rutgers University di AS).

Keuntungan utama dari prediktor pada jaringan saraf adalah peningkatan linier sumber daya dengan peningkatan analisis sejarah transisi (dalam prediktor klasik, konsumsi sumber daya tumbuh secara eksponensial dengan peningkatan sejarah). Untuk alasan ini, prediktor pada jaringan saraf lebih efisien. Sudah jaringan saraf pertama dari karya Daniel Jimenez menunjukkan peningkatan efisiensi 5,7% dibandingkan dengan prediktor hybrid Scott McFarling .

Pada tahun-tahun berikutnya, Daniel Jimenez dan peneliti lain yang sama bekerja untuk menghilangkan kekurangan dari peramal transisi, termasuk penundaan besar dalam perhitungan.

Peneliti Menawarkan Gagasan Terbaru untuk Prediksi Transisi di Prediksi Cabang Championship, yang terakhir diadakan pada Juni 2016 sebagai bagian dari simposium arsitektur komputer ISCA 2016 di Seoul.

Meskipun penelitian ilmiah yang kuat di bidang ini, sampai sekarang tidak diketahui tentang prosesor massa, yang mengimplementasikan prediktor transisi pada perceptrons. Bukannya FinFET Exynos 8890 dengan core M1 di smartphone S7 dan S7 Edge adalah prosesor pertama. Hanya pengembang Samsung dan perusahaan lain yang merahasiakan informasinya, dan ini dapat dipahami. Prediksi Transisi adalah salah satu rahasia terbaik di industri semikonduktor. Pabrikan seringkali bahkan tidak mematenkanprediktor transisi mereka, agar tidak memberikan rahasia kepada pesaing, dan juga karena itu akan sulit untuk membuktikan fakta pelanggaran paten, mengingat logika kompleks dalam prosesor berpemilik modern.


Geser dari presentasi Samsung di konferensi Hot Chips. Ini menggambarkan modul prediktor transisi menggunakan jaringan saraf. Gambar: Samsung

Samsung adalah perusahaan pertama yang secara resmi mengumumkan penggunaan jaringan saraf dalam prediktor transisinya. Para ahli dalam industri mikroelektronika mengatakanbahwa teknologi yang serupa tampaknya digunakan dalam prediksi Jaguar dan Bobcat dalam chip AMD. Tidak mengherankan, wakil presiden dan direktur pengembangan prosesor Samsung saat ini di Samsung, kepala Pusat Penelitian Samsung di Austin, Texas, Brad Burgess, sebelumnya memimpin proyek mikroarsitektur AMD Bobcat.

Sangat mungkin bahwa Intel dan AMD secara diam-diam menggunakan prediktor perceptron di prosesor desktop dan server. Seperti yang telah disebutkan, informasi ini dirahasiakan dan bahkan tidak dipatenkan.

Samsung adalah yang pertama mematahkan sumpah diam. Mungkin para pengembang mikroarsitektur Exynos memutuskan untuk sesumbar.

Source: https://habr.com/ru/post/id397075/