計算機工程師設(shè)計研究平臺混合處理器核以提高性能

計算機以靈活性而聞名，可以運行從游戲機到股票交易所的所有操作。但在計算層面上，大多數(shù)計算機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)的一個團隊已經(jīng)建立了一個硬件平臺，允許不同種類的計算機內(nèi)核組合在一起，允許設(shè)計師以新的方式定制系統(tǒng)。

其目標是創(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，可以獲得更多的好處。設(shè)計者稱這個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)和POWER (IBM大型機)。除了混合不同ISAs的核心外，研究人員還對開發(fā)混合ISAs感興趣，以支持新的處理器設(shè)計，開發(fā)新的、尖端的、開源的ISAs，如RISC-V ISA的潛力。

然而，計算機研究領(lǐng)域所缺乏的是一個實驗硬件平臺，允許設(shè)計者嘗試異構(gòu)核和ISA安排。普林斯頓大學(xué)的平臺叫做“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會。

“帶上你自己的核心，它就在名字里，”普林斯頓大學(xué)計算機科學(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ISAs，并可擴展到處理多達5億個核?！?/p>

在摩爾定律(1965年對計算機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取得新的成果。

“在后摩爾時代獲得更多計算性能的戰(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。”

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)支持國際會議(ASPLOS)上發(fā)表的一篇論文的第一作者，但由于對的擔(dān)憂，會議實際上取消了。

“我們很興奮的潛力BYOC,不僅對我們自己的異構(gòu)ISA研究動機,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)計算機科學(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在兩個基本層次上發(fā)揮作用。第一個是詳細的硬件模擬，精確到計算機芯片中的每根電線和元件的邏輯運行。第二種是模擬芯片架構(gòu)，在可編程硬件上運行。仿真模擬了利用選擇核心和ISAs的真實計算機芯片的外觀和功能。

正如在這篇新論文中所描述的那樣，普林斯頓大學(xué)的研究團隊已經(jīng)成功地將10個核心連接到一個容納四個獨立ISAs的BYOC平臺上，盡管Balkind指出，這只是一個起點。

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

智能手機是另一個應(yīng)用，其中創(chuàng)新核心和ISA部署可以提高用戶體驗。BYOC的幫助可以通過開發(fā)一種新穎的安排，在以性能為目標的大的、耗電的內(nèi)核之間分配任務(wù)，或者在能效為目標的小的、節(jié)能的內(nèi)核之間分配任務(wù)。安全性也是一個考慮因素，因為一些ISAs支持獨特的安全增強特性。

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

“我對我們在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。“我也很高興BYOC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，我們的平臺也能造福于一般的研究團體是很重要的。”