8月份的时候,我们曾报道过麻省理工(MIT)的研究人员们在加利福尼亚举行的Hot Chips大会上演示的110核心处理器。该处理器被称作"执行迁移机"(Execution Migration Machine),可尝试确定某个路径以减少芯片内的"堵车"情况,因此它可以在变得更快的同时(减少计算拥堵)也更加地节能。现在,有关该处理器的更详尽内容(PDF),已经被挂上了csg.csail.mit.edu网站。
该处理器所采用的新架构,不是将数据从芯片上的核心里挪到所需的地方,而是将程序挪到存储数据的核心。在实践中,新的体系结构减少了芯片上10倍的数据交换量,同时还削减了发热和结构需求。
正如大家所见到的,在过去的十年左右时间里,计算机的"飞速进步"似乎遇到了停滞不前的坎。虽然摩尔定律仍然在映证着性能的进步,但是处理器的频率却在4GHz左右止步不前(AMD家的5GHz FX-9590除外)——如果能按照历史的步伐走下去,那么现在的时钟速率应该已经实现50GHz了。
多核芯片通常用于增加峰值运算速度,但是其遇到的过热和数据在内核间来回"洗地"的情况却让业界头痛不已。而麻省理工学院的Srinivas Devadas教授则找到了另一种不同的方法。
能够集成到一颗芯片上的晶体管的数量(MPSFETs-氧化硅场效应晶体管),仍然大约隔个2年翻一番,这得益于光刻工艺的进步所带来的尺寸缩小。
然而,这只是摩尔定律的其中一部分,另一部分是"登纳德缩放比例定律"(Dennard Scaling),文中详述了MOSFET性能增长与尺寸减小的关系。
MOSFET是如何工作的?(百度百科) | 关于Robert Dennard(TechCN)
金属-氧化层-半导体-场效晶体管,简称金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。MOSFET依照其“通道”的极性不同,可分为n-type与p-type的MOSFET,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。
基本的缩放规则表明,如果将尺寸减少一半,那么就能在与单个晶体管同样大小的地方放下4个MOSFETs。但这只是摩尔定律的CPU"缩放"部分。此外,如果大小减小一半,MOSFET的开关状态速度也会减半。粗略地说就是:尺寸减半将带来8倍的计算潜能。
不幸的是,当尺寸小于大约100nm的时候,登纳德缩放比例定律就开始不管用了。其中一个原因是,登纳德缩放比例定律"假定"的栅氧化层厚度变小速度,会与设备上其它部分一样。
然而,一旦该氧化物层只有几个原子那么厚,电击穿(electrical breakdown,不绝缘)、隧道效应(electron tunneling,电子贯穿)、以及简单的质量问题,都会导致设备短命且功耗较大。同样的,MOSFET源极和漏极的电子隧道效应会降低断开状态(off-state)的有效性,并增加功率的开销。
最后,时钟频率的提升也会遇到障碍,晶体管数量的增长也会变慢(并且需要较大的硅基板),因为功率密度现在正迅速增加,而不是随着尺寸的减小而保持不变。
通常情况下,核心和缓存之间会产生大量的数据迁移操作;而这个110核心的芯片,已经将用共享内存池取代了缓存——因此便减少了数据传输的通道。该芯片还能预测数据迁移的趋势、减少请求传输和处理数据的周期以及数量。
Lis在会场外表示,低功耗数据传输的好处很多,移动设备和数据库都将因此而受益。举例说,数据流量的减少,在有效地帮助处理视频类应用的同时,还能省电。它也有助于移动设备通过网络发送的数据量。
更少的线程和预测数据的行为,能够帮助数据库提速。当然也能够帮助其它任务释放共享的资源。研究人员已经在该芯片上看到了显著的流量下降(相差14倍),而这也大大地降低了功耗。
据内部基准测试的结果,其性能比其它处理器优异25%。不过Liz并没有指明具体是与那款处理器做的对比。该芯片有一个网状的体系结构,110个核心采用了 正方形的互联设计。Lis称,其定制架构是设计来更轻松的处理大型数据集和数据迁移工作的,为此还专门为该处理器编写了代码。
登纳德缩放比例定已经不是我们的"朋友",许多人也预测摩尔定律可能会在未来几年里开始土崩瓦解,用"蛮力"堆砌计算机性能的做法将成为历史。计算机设计师应该朝着更聪明的方向去思考,而这也正式Devades正在做的。
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