وحدات معالجة مركزية أسرع 100 مرة من الشركة الناشئة الجديدة في فنلندا

في عصر مسرعات الذكاء الاصطناعي سريعة التطور، لا تحظى وحدات المعالجة المركزية للأغراض العامة بالكثير من الاهتمام. يقول تيمو فالتونن، الرئيس التنفيذي والمؤسس المشارك لشركة Flow Computing ومقرها فنلندا: “إذا نظرت إلى جيل وحدة المعالجة المركزية جيلاً تلو الآخر، فسترى تحسينات تدريجية”.

هدف Valtonen هو إعادة وحدات المعالجة المركزية إلى دورها “المركزي” الصحيح. ومن أجل القيام بذلك، يقترح هو وفريقه نموذجًا جديدًا. بدلاً من محاولة تسريع العمليات الحسابية عن طريق وضع 16 نواة متطابقة لوحدة المعالجة المركزية في جهاز كمبيوتر محمول، على سبيل المثال، يمكن للشركة المصنعة وضع 4 نوى قياسية لوحدة المعالجة المركزية و64 نواة تسمى وحدة المعالجة المتوازية (PPU) الخاصة بشركة Flow Computing في نفس البصمة، وتحقيق أداء أفضل بما يصل إلى 100 مرة. عرض فالتونين ومعاونوه قضيتهم في مؤتمر Hot Chips في أغسطس.

توفر وحدة PPU تسريعًا في الحالات التي تكون فيها مهمة الحوسبة قابلة للتوازي، ولكن وحدة المعالجة المركزية التقليدية ليست مجهزة جيدًا للاستفادة من هذا التوازي، ومع ذلك فإن تفريغ التحميل إلى شيء مثل وحدة معالجة الرسومات سيكون مكلفًا للغاية.

يقول يورج كيلر، أستاذ ورئيس قسم التوازي وVLSI في جامعة فيرن في هاجن بألمانيا: “عادة، نقول: حسنًا، لا تكون الموازاة جديرة بالاهتمام إلا إذا كان لدينا عبء عمل كبير، وإلا فإن النفقات العامة ستقضي على الكثير من مكاسبنا”. الذي لا ينتمي إلى حوسبة التدفق. “وهذا يتغير الآن نحو أعباء عمل أصغر، مما يعني أن هناك المزيد من الأماكن في التعليمات البرمجية حيث يمكنك تطبيق هذا الموازاة.”

يمكن تقسيم مهام الحوسبة تقريبًا إلى فئتين: المهام المتسلسلة، حيث تعتمد كل خطوة على نتيجة الخطوة السابقة، والمهام الموازية، والتي يمكن القيام بها بشكل مستقل. يقول Martti Forsell، المدير التنفيذي للتكنولوجيا في Flow Computing والمؤسس المشارك، إنه لا يمكن تحسين بنية واحدة لكلا النوعين من المهام. لذا، فإن الفكرة هي أن يكون لديك وحدات منفصلة تم تحسينها لكل نوع من المهام.

“عندما يكون لدينا عبء عمل متسلسل كجزء من التعليمات البرمجية، فإن جزء وحدة المعالجة المركزية سيقوم بتنفيذه. وعندما يتعلق الأمر بالأجزاء المتوازية، فستقوم وحدة المعالجة المركزية بتعيين هذا الجزء إلى PPU. يقول فورسيل: “لدينا أفضل ما في الكلمتين”.

وفقًا لفورسيل، هناك أربعة متطلبات رئيسية لبنية كمبيوتر مُحسَّنة للتوازي: تحمل زمن استجابة الذاكرة، وهو ما يعني إيجاد طرق لعدم الجلوس خاملاً أثناء تحميل الجزء التالي من البيانات من الذاكرة؛ عرض نطاق ترددي كافٍ للاتصال بين ما يسمى بالخيوط، وسلاسل تعليمات المعالج التي تعمل بالتوازي؛ المزامنة الفعالة، مما يعني التأكد من تنفيذ الأجزاء المتوازية من التعليمات البرمجية بالترتيب الصحيح؛ والتوازي منخفض المستوى، أو القدرة على استخدام الوحدات الوظيفية المتعددة التي تؤدي بالفعل العمليات الحسابية والمنطقية في وقت واحد. بالنسبة للنهج الجديد لحوسبة التدفق، “لقد قمنا بإعادة تصميم، أو بدأنا في تصميم بنية من الصفر، من البداية، للحساب المتوازي،” كما يقول فورسيل.

يمكن ترقية أي وحدة معالجة مركزية

لإخفاء زمن الوصول إلى الذاكرة، تطبق PPU سلاسل العمليات المتعددة: عندما يستدعي كل خيط إلى الذاكرة، يمكن أن يبدأ خيط آخر في التشغيل بينما ينتظر الخيط الأول الاستجابة. لتحسين عرض النطاق الترددي، تم تجهيز وحدة PPU بشبكة اتصالات مرنة، بحيث يمكن لأي وحدة وظيفية التحدث إلى أي وحدة أخرى حسب الحاجة، مما يسمح أيضًا بالتوازي على مستوى منخفض. للتعامل مع تأخيرات المزامنة، فإنه يستخدم خوارزمية خاصة تسمى تزامن الموجة والتي يُزعم أنها أكثر كفاءة بما يصل إلى 10000 مرة من بروتوكولات المزامنة التقليدية.