رقائق متعددة النواة تشكل التحدي التالي الكبير للصناعة

لقد ظهرت إضافة المزيد من مراكز المعالجة كطريقة رئيسية لتعزيز أداء رقائق أجهزة الكمبيوتر والخوادم ، ولكن الفوائد ستقل كثيرا إذا لم تستطع الصناعة التغلب على تحديات معينة في الأجهزة والبرمجة ، وذلك حسب المشاركين في معرض Multicore Expo في سانتا كلارا. ، كاليفورنيا ، قال هذا الأسبوع.

معظم البرامج اليوم لا تزال مكتوبة للرقائق أحادية النواة ، وسوف تحتاج إلى إعادة كتابتها أو تحديثها للاستفادة من العدد المتزايد من النوى التي تضيفها شركة Intel ، و Sun Microsystems وغيرها من شركات تصنيع الرقائق إلى وقال لينلي جويناب ، رئيس ومحلل رئيسي في مجموعة "لينلي": إن منتجاتها الجاهزة غالباً ما يتم تشغيلها بشكل أسرع على وحدات المعالجة المركزية (CPU) بما يصل إلى أربعة نوى للمعالج ، ولكن أبعد من ذلك الأداء وقال إن المستويات قد تتدهور وربما تتدهور مع إضافة المزيد من النوى. كما أشار تقرير حديث من شركة Gartner إلى المشكلة.

بدأ صانعو الشرائح وبناة النظام جهودًا لتعليم المطورين وتزويدهم بأدوات أفضل للبرمجة متعددة النواة. قبل عام ، قالت إنتل ومايكروسوفت أنها ستستثمر 20 مليون دولار أمريكي لفتح اثنين من مراكز الأبحاث في الجامعات الأمريكية المخصصة لمعالجة المشكلة. وقال غويناب إن الافتقار إلى أدوات برمجة متعددة النواة للمطورين الرئيسيين ربما يكون أكبر تحد تواجهه الصناعة اليوم.

كتابة التطبيقات بطريقة تسمح لأجزاء مختلفة من مهمة الحوسبة ، مثل حل مشكلة في الرياضيات أو عرض صورة ، يمكن تقسيمها وتنفيذها في وقت واحد عبر عدة مراكز أساسية ليست جديدة. لكن هذا النموذج ، الذي يُطلق عليه في كثير من الأحيان الحوسبة المتوازية ، كان محدودًا حتى الآن بشكل أساسي في بيئات الحوسبة المتخصصة عالية الأداء.

ولكن في السنوات الأخيرة ، عملت Intel و Advanced Micro Devices على إضافة النوى كطريقة أكثر كفاءة في زيادة الطاقة أداء رقاقة ، تغيير ملحوظ من ممارستها التقليدية لزيادة سرعة الساعة. تقوم إنتل ببناء ثمانية نوى في رقائق Nehalem-EX القادمة ، وتقوم AMD بتصميم رقائق 12-core للخوادم. كما أنها تضيف إمكانات متعددة الخيوط ، والتي تسمح لكل من النوى بالعمل على أسطر متعددة من الكود في نفس الوقت.

وهذا يعني أن التطبيقات السائدة يجب أن تكون مكتوبة بطريقة مختلفة للاستفادة من النوى الإضافية المتاحة.. يصعب العمل ويخلق إمكانيات لأنواع جديدة من الأخطاء البرمجية. واحدة من الأكثر شيوعا هي "شروط السباق" ، حيث يعتمد ناتج الحساب على العناصر المختلفة للمهمة التي يتم تنفيذها في ترتيب معين. إذا لم تكن كذلك ، يمكن أن تحدث أخطاء.

تتوفر بعض أدوات البرمجة المتوازية ، مثل Intel Parallel Studio for C و C ++. شركات أخرى في الفضاء هي Codeplay ، Polycore Software و Clik Arts. هناك أيضًا نموذج برمجة متوازي جديد يستند إلى C يدعى OpenCL ، يتم تطويره بواسطة مجموعة Khronos Group مدعومًا بشركة Apple و Intel و AMD و Nvidia وغيرها.

ولكن العديد من الأدوات المتاحة لا تزال تعمل قيد التنفيذ ، وقال Multicore اكسبو. ويقول شالي غال أون ، مدير هندسة البرمجيات في EEMBC ، وهي منظمة غير ربحية تعمل على تطوير معايير للرقائق المضمنة ، أن برامج تجميع البرامج يجب أن تكون قادرة على تحديد الكود الذي يمكن موازاه ، ومن ثم القيام بمهمة موازية له دون تدخل يدوي من المبرمجين.

على الرغم من قلة الأدوات ، وجد بعض بائعي البرامج أنه من السهل نسبيًا إنشاء شفرة متوازية لأعمال الحوسبة البسيطة ، مثل معالجة الصور والفيديو ، كما قال غويناب. وقال إن Adobe أعاد كتابة فوتوشوب بطريقة يمكن أن تعين واجبات مثل التكبير وتصفية الصور إلى نوى x86 محددة ، مما يحسن الأداء بمقدار ثلاث إلى أربع مرات.

<>> إذا كنت تقوم بعمل فيديو أو رسومات ، فيمكنك أخذ مجموعات مختلفة من "بكسل ، وتعيينها إلى وحدات المعالجة المركزية المختلفة. يمكنك الحصول على الكثير من التوازي بهذه الطريقة" ، قال. ولكن بالنسبة للمهام الأكثر تعقيدا ، من الصعب العثور على نهج وحيد لتحديد سلسلة من العمليات الحسابية التي يمكن موازنتها ثم تقسيمها.

في حين أن جانب البرمجة قد يمثل التحدي الأكبر ، فهناك أيضًا تغييرات في الأجهزة يلزم إجراؤها ، للتغلب على مشكلات مثل وقت استجابة الذاكرة وسرعات بطيئة للحافلات. وقال جويناب: "عندما تقوم بإضافة المزيد والمزيد من وحدات المعالجة المركزية على الشريحة ، فإنك تحتاج إلى عرض النطاق الترددي للذاكرة لعمل نسخة احتياطية منه.

إن مشاركة ذاكرة تخزين مؤقت واحدة أو ناقل بيانات بين عدة نوى يمكن أن يؤدي إلى اختناق ، مما يعني أن النوى الإضافية سوف يضيع إلى حد كبير. وقال: "في الوقت الذي تصل فيه إلى ست أو ثماني وحدات من وحدات المعالجة المركزية (CPUs) ، يقضون كل وقتهم في التحدث مع بعضهم البعض وعدم المضي قدمًا في إنجاز أي عمل".

قد يقع العبء في نهاية المطاف مع المطورين لتضييق الفجوة بين الأجهزة والبرامج لكتابة برامج موازية أفضل. وقال غال أون إن العديد من المبرمجين لا يرقى إلى السرعة فيما يتعلق بأحدث التطورات في تصميم الأجهزة. وقال إنه يتعين عليهم فتح صحائف البيانات ودراسة معماريات الشرائح لفهم كيفية أداء الكود بشكل أفضل