Ядра в будущих чипах предлагается оснастить маршрутизаторами

Сегодня главным способом наращивания производительности чипов становится увеличение количества ядер. В типичном процессоре, имеющем шесть или восемь ядер, связь через шину одновременно может осуществляться только между двумя из них. В серверных 10-ядерных чипах часто добавляют вторую шину, но это не может стать системным решением для процессоров, включающих сотни и тысячи ядер.

Адъюнкт-профессор электротехники и компьютерных наук в MIT Ли Шиюань Пе (Li-Shiuan Peh) предложила организовать обмен информации между ядрами по принципу Интернета: составляя передаваемые данные в пакеты. Каждое из ядер получит собственный маршрутизатор, отсылающий данные по одному из нескольких возможных путей, в зависимости от общего состояния сети.

Шины потребляют относительно много энергии, поскольку должны соединяться длинными проводниками со всеми ядрами. Напротив, в предложенной коммутационной сети каждое ядро связано только с четырьмя ближайшими ядрами.

Однако пакеты данных должны останавливаться на каждом маршрутизаторе, а в случае встречи двух из них, один сохраняется в памяти пока другой обрабатывается. Такие задержки и вычислительная сложность способны нивелировать преимущества пакетной коммутации.

В MIT разработаны два способа для преодоления этих трудностей. «Виртуальное шунтирование» (virtual bypassing) заключается в отсылке одним маршрутизатором другому предварительного сигнала, позволяющего заблаговременно настроить переключатели. Метод «low-swing signaling» предполагает уменьшение разницы между высоким и низким напряжением (двоичные «1» и «0» в коммуникационных каналах) с 1 В до 300 мВ.

Используя сочетание этих двух способов, исследователи добились от тестового чипа полосы пропускания, близкой к идеальным прогнозам, и экономии энергии на 38% по сравнению с предшествующей итерацией устройства с пакетной коммутацией. Хотя энергорасход пока значительно превосходит теоретический предел, он уже на порядок меньше, чем у чипов с шинной архитектурой.

На июньской конференции Design Automation Conference Пе, вместе с коллегами, представит статью, в которой устанавливаются теоретические пределы эффективности пакетной коммутации на чипе. В ней также приведены результаты измерений на тестовой микросхеме, подтверждающие теоретические выкладки.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365