`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Что для вас является метрикой простоя серверной инфраструктуры?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Специализированные микросхемы становятся более гибкими

+11
голос

Сегодня рост вычислительной мощности обусловлен, главным образом, усложнением микроархитектуры процессоров и продолжающимся технологическим прорывом в микроэлектронике. Однако чтобы выйти за границы, определяемые полупроводниковой технологией, и одновременно более эффективно использовать ее возможности, необходима новая парадигма вычислений. Одним из средств в достижении данной цели могут стать специализированные микросхемы (Application-Specific Integrated Circuit — ASIC), но не те, в которых код жестко прошивается (конечно, можно прошить в микросхему какой-нибудь протокол, однако с появлением новой версии этого протокола ее просто-напросто придется выбросить), а так называемые устройства с эксплуатационным перепрограммированием (Field-Programmable Device — FPD). При этом наиболее перспективной специалисты считают одну из разновидностей подобных устройств — перепрограммируемые вентильные (логические) матрицы (field-programmable gate arrays), представляющие собой большие двумерные массивы реконфигурируемых логических блоков, взаимодействующих друг с другом посредством опять же реконфигурируемых соединений. функциональное назначение каждого блока и соединения задается путем изменения логического состояния связанных с ними ячеек статического ОЗУ. Таким образом, получается нечто вроде, если можно так сказать, аппаратного ПО, которое может быть сконфигурировано в соответствии с нуждами практически любого приложения.

Существуют два способа реконфигурирования устройств FPGA: на этапе сборки (compile time configuration -CTR) и «во время выполнения» (runtime reconfiguration — RTR).

В первом случае микросхема FPGA полностью реконфигурируется и после этого используется до тех пор, пока не потребуется новая конфигурация. Иными словами, такая микросхема очень похожа на обычную специализированную микросхему, с той лишь разницей, что ее можно перепрограммировать. Кстати, реконфигурируемые на этапе сборки микросхемы FPGA очень часто используются для тестирования новых конструкций специализированных микросхем.

Во втором же случае микросхема FPGA реконфигурируется «на лету», в зависимости от того, какая задача выполняется компьютерной системой в текущий момент. Именно такой подход является, с точки зрения многих специалистов, весьма и весьма перспективным, особенно при запуске блочных приложений, которые могут быть логически разделены на несколько частей, каждая из которых предназначена для решения какой-то одной определенной задачи. Правда, разработка реконфигурируемых во время выполнения микросхем FPGA требует решения нескольких проблем, главными из которых считаются загрузка информации о конфигурации и обработка промежуточных данных, выгружаемых из старой конфигурации и загружаемых в новую (следует отметить, что идеальная схема реализации массива FPGA предполагает отсутствие каких-либо промежуточных данных). Для выполнения каждой из упомянутых процедур требуется определенное время, которое может полностью «погасить» весь выигрыш в производительности.

В качестве одного из решений названных проблем предлагается так называемое частичное реконфигурирование, при котором реконфигурируется только часть массива FPGA, в то время как другая его часть продолжает использоваться для решения текущей задачи.

Одной из простейших реализаций данного подхода является деление массива FPGA на несколько логических блоков. Например, микросхема Altera EPF8050M объединяет в себе четыре массива FPGA — в то время, как три из этих массивов обрабатывают данные, четвертый полностью реконфигурируется. Однако более изящное решение предлагает технология Wormhole RTR, разработанная в Политехническом институте штата Вирджиния.

В ее основе лежит концепция потоков, которые можно представить себе как аналог процессов в традиционной операционной системе. Однако в отличие от процессов, управление которыми происходит централизованно, потоки являются самоуправляемыми — кроме обрабатываемых данных и операторов, каждый из них содержит свои управляющие команды. Тем не менее, потоки могут взаимодействовать друг с другом с целью решения какой-то определенной задачи. Преимущества подобного подхода очевидны — можно создать систему, в которой широко применяется параллельная обработка, причем накладные расходы, связанные с управлением, будут гораздо меньше, чем в традиционных системах. Кроме того, частичное реконфигурирование массива FPAG (отдельных его «строк» и «столбцов») инициируется не каким-то централизованным контроллером, а опять же самими потоками, что в еще большей степени снижает объем передаваемой массиву управляющей информации.

В настоящее время в Политехническом институте штата Вирджиния создается экспериментальная система, основу которой составляет созданная на базе технологии Wormhole RTR FPGA-подобная микросхема Colt. Правда, при этом не используются новейшие технологии, разработанные производителями полупроводниковых устройств, поэтому говорить определенно о каком-то выигрыше в производительности пока, наверное, рано.

Что касается практического применения микросхем FPGA, то вполне возможно, что в скором времени, благодаря продолжающемуся быстрому падению цен, они придут на смену традиционным специализированным микросхемам, для тестирования которых, как уже отмечалось, широко используются сейчас. Если же говорить о процессорах, в которых реализована технология FPGA, то их время, наверное, еще не настало — по крайней мере, ни Intel, ни AMD, ни Cyrix ни словом не обмолвились о том, что намерены использовать ее в своих продуктах.

+11
голос

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Совершенно очевидно, что Runtime-конфигурирование не годится для обеспечения функциональности, доступной с момента старта платформы. И про "погасить" это очень мягко сказано ("Для выполнения каждой из упомянутых процедур требуется определенное время, которое может полностью «погасить» весь выигрыш в производительности").

Конечно, запуск процедур, например, майнинга возможен и после выхода платформы на готовность. Но способность контроллера на основе FPGA выполнять свои обязанности сразу после подачи питающих напряжений исключает конфигурационные схемы: только хардкор, только предварительная "прошивка" матриц".

20 лет назад, когда писалась эта статья, не было под рукой демонстрационных материалов, показывающих, что гибкость решения достигается за счет применения двух чипов: собственно матрицы и конфигуратора (аналог "BIOS"). С внедрением технологии FPGA в процессоры Intel ситуация становится еще более запутанной. Правда, все уже заждались хоть какой-то прикладной пользы от нее.

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT