多核時(shí)代 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)面臨徹底重新設(shè)計(jì)

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的一份研究報(bào)告認(rèn)為，如今的多核處理器需要更好的方式來編程。馬里蘭大學(xué)的一位研究人員在1月份出版的美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)的旗艦級(jí)通訊刊物上稱，為了有效使用多核處理器，IT業(yè)需要徹底反思它已使用了50多年的基本計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。

馬里蘭大學(xué)高級(jí)計(jì)算機(jī)研究所教授Uzi Vishkin在論文中稱："近期從單處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向多處理器平行系統(tǒng)的大規(guī)模遷移，要求對(duì)建立新系統(tǒng)并為之編程的計(jì)算機(jī)科學(xué)的許多方面進(jìn)行徹底改造。"

Vishkin甚至提供了一份新體系結(jié)構(gòu)抽象圖，他稱之為ICE（即時(shí)并行執(zhí)行），他利用美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)提供的資金開發(fā)出了ICE。

我們今天所使用的基本計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)是基于二十世紀(jì)四十年代數(shù)據(jù)學(xué)John von Neumann提出的概念的。在他的體系結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)和程序存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)內(nèi)存并被饋送給計(jì)算機(jī)的CPU。程序通過使用程序計(jì)數(shù)器執(zhí)行，這就為CPU提供了 內(nèi)存當(dāng)中下一個(gè)將執(zhí)行的指令的地址。

這種方法允許進(jìn)行Vishkin所稱的串行計(jì)算，在這種設(shè)計(jì)當(dāng)中，"在串行程序里可供執(zhí)行的任何單個(gè)指令可以立即執(zhí)行。"

但是，它卻是受限制的，因?yàn)樗淮沃辉试S執(zhí)行單個(gè)指令。Vishkin稱，在多核處理器和擁有大量可用內(nèi)存的時(shí)代，不再需要這種限制了。取而代之的是，多個(gè)指令通常可以更快地平行執(zhí)行--所有指令都同時(shí)執(zhí)行且只需一個(gè)步驟。

Vishkin的替代方法不同于von Neumann體系結(jié)構(gòu)，它允許在任何指定的時(shí)間執(zhí)行無數(shù)個(gè)指令，這樣可以極大地簡(jiǎn)化程序員的工作。他說，有了ICE，"你可想象任何數(shù)量的指令，只要某 個(gè)指令的輸入不是另一個(gè)指令的輸出。"程序員不再需要擔(dān)心有多少處理器可供該項(xiàng)任務(wù)使用。

Vishkin表示，這種體系結(jié)構(gòu)要求改變硬件設(shè)計(jì)。至于操作方式，芯片可能需要在處理器和內(nèi)存之間建立高帶寬、低延遲的網(wǎng)絡(luò)。硬件需要一個(gè)單處理器核來控制其他所有核。如果代碼是串行的，它可以在那個(gè)核上執(zhí)行。如果有其他指令，中央處理器可以向其他核發(fā)送其他指令。

Vishkin擁有這項(xiàng)技術(shù)的6項(xiàng)專利，研究小組也建立了可以在ICE抽象體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行的原型硬件。