計算機工程師設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，提高效率和速度。

在多核協(xié)作的基礎上，當核心不需要全部依賴于告訴核心如何處理其處理任務的相同基本編程代碼時，可以獲得更多的好處。設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，允許設計者嘗試異構(gòu)核和ISA安排。普林斯頓大學的平臺叫做“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，”普林斯頓大學計算機科學專業(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?！?/p>

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計算機科學系德世衛(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。前普林斯頓學生、現(xiàn)就職于華盛頓大學的Katie Lim、現(xiàn)就職于英維迪亞大學的Yaosheng Fu和現(xiàn)就職于哈佛大學的Tri Nguyen，以及來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院的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研究的眾多應用中，有一種應用就是設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，或者在能效為目標的小的、節(jié)能的內(nèi)核之間分配任務。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?！拔乙埠芨吲dBYOC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。”