20 czerwca 2017

HIVE – procesory inne niż wszystkie, dosłownie

Editor: Adam Wesolowski

DARPA pragnie stworzyć rewolucyjne procesory, zupełnie od podstaw, rezygnując z wykorzystywanej od kilkudziesięciu lat architektury von Neumanna.

DARPA (Defense Advanced Research Project Agency), wojskowy ośrodek badawczy, przedstawił swoje plany związane ze stworzeniem całkowicie nowego typu procesora, który nie będzie opierał się na założeniach von-Neumanna. Procesor ochrzczono nazwą HIVE - „Hierarchical Identify Verify Exploit”. Projekt jest realizowany w ramach inicjatywy Electronics Resurgence Initiative.

DARPA chce na ten cel przeznaczyć środki w wysokości 75 milionów dolarów. Celem jest rozwój elektroniki i wyraźna poprawa wydajności. Jednak droga do tego ma wieść nie tylko poprzez miniaturyzację, ale również zastosowanie nowych (także jeszcze nieznanych) materiałów oraz wykorzystanie innowacyjnych projektów i architektur.

Jak mówi Trung Tran z DARPA: „Jeśli spojrzymy na dzisiejsze komputery i ich architekturę, to szybko dojdziemy do wniosku, że opierają się one na architekturze von Neumanna, stworzonej w 1940 roku. Na tej architekturze oparte są zarówno jednostki CPU, jak również GPU”.


Porównanie szacowanej wydajności procesora typu HIVE w stosunku z CPU i GPU.
© DARPA

Nowy procesor ma stanowić rozwiązanie na zbliżający się koniec ery rozwoju elektroniki, jaką znamy dziś. Układy stają się coraz wydajniejsze, mniejsze i tańsze, jednak wkrótce dotrzeć możemy do granic jakie stawia fizyka, ale też ekonomia. Dalszy rozwój elektroniki będzie wymagał innowacji i nowego podejścia. Projekt DARPA ma stanowić odpowiedź na te potrzeby.

HIVE nie będzie oparty na architekturze von Neumanna, ze względu na specyfikę jego pracy. Procesor ten ma wykonywać różne zadania jednocześnie, równorzędnie wykonując operacje pamięciowe w innych sektorach pamięci. To nie-von-Neumann’owskie podejście pozwala stworzyć innowacyjny mechanizm operowania pamięcią globalną, nawet przez kilka procesorów jednocześnie. Każdy z procesorów jest w stanie operować na własnej pamięci podręcznej (tzw. brudnopisie), mogąc w tym samym czasie wykonywać operacje w pamięci globalnej.


Zastosowania układu HIVE
© Darpa

Projektanci procesora HIVE skupiają się na problemach z wydajnym dostępem do pamięci, co ma jednocześnie stanowić rozwiązanie problemów sektora big data. Szacuje się, że wykorzystując nowe procesory DARPA, tworząc układy APU (arithmetic processing unit) zoptymalizowane do zadań analitycznych oraz układy pamięciowe w nowej architekturze, możliwe będzie stworzenie bardzo wydajnych superkomputerów, zużywających nawet 1000-krotnie mniej energii do pracy.

Projekt ma się zakończyć za nieco ponad 4 lata. Do pracy nad nowym typem procesora, wspólnie z DARPA, przystąpił też min. Intel oraz Qualcomm, którzy zapewniają sprzęt, a także Georgia Tech oraz PNNL, odpowiedzialni za oprogramowanie. Oczywiście podmioty pozostają ze sobą w rywalizacji. Po roku prac, wybrany ma zostać jeden model sprzętowy i jeden programowy. „Wygrani" będą kontynuować prace pod okiem DARPA, otrzymując też stosowne (50 mln USD na część sprzętową i 7 mln USD dla firmy tworzącej oprogramowanie) dofinansowanie.