SHMT: Ključi do tehnologije, ki skoraj podvoji zmogljivost vašega računalnika brez spreminjanja strojne opreme

La SHMT tehnologija je vdrl na računalniško sceno z obljuba o revoluciji v zmogljivosti in energetski učinkovitosti elektronskih naprav, od osebnih računalnikov do strežnikov, vključno z prenosni, pametne telefone in druge povezane naprave. Ta napredek, ki ga podpirajo raziskave univerz, kot je Univerza v Kaliforniji, Riverside, ne predstavlja le skoka naprej v načinu uporabe naših računalniških virov strojna oprema, vendar odpira vrata novi dobi optimizacije programske opreme brez potrebe po spreminjanju fizičnih komponent.

Če ste navdušenec nad tehnologijo, strokovnjak v IT sektorju ali pa vas preprosto zanima prihodnost procesorjev in njihova uporaba umetna inteligencaTukaj boste odkrili, kaj točno je SHMT, kako deluje, kakšne so njegove oprijemljive rezultate in kakšen vpliv ima lahko na svet strojne in programske opreme v kratkoročnem in srednjeročnem obdobju.

Kaj je tehnologija SHMT? Koncept, ki spreminja vse

SHMT so angleške kratice za Hkratno in heterogeno večnitno obdelavo, prevedeno v španščino kot sočasno in heterogeno večnitnostTa tehnologija je sestavljena iz algoritma in pristopa k programiranje ki omogoča skupno in hkratno uporabo vse procesne enote naprave, kot je na primer CPU, GPU in pospeševalniki umetne inteligence (NPU, TPU in podobno), pri čemer se sistem obravnava kot integrirana celota in ne kot vodotesnih predelkov, ki delujejo ločeno.

Tradicionalno, čeprav imajo naši računalniki, mobilni telefoni ali konzole lahko več vrst procesorjev, vsak od njih običajno opravlja svoje naloge, komunikacija med njimi pa povzroča ozka grla, neučinkovitost in zapravljanje virov. SHMT izziva ta klasični model z zagotavljanjem, da vsa ta jedra in pospeševalniki delujejo hkrati pri reševanju iste naloge, pri čemer se delovna obremenitev inteligentno in dinamično porazdeli glede na to, kaj je v danem trenutku najprimernejše.

Izvor in znanstveni preskok za SHMT

Ideja in prva priznana izvedba SHMT izhajata iz ekipe pod vodstvom profesorja Hung-Wei Tseng iz Univerza v Kaliforniji, RiversideV svoji raziskavi sta Tseng in njegov študent Kuan-Chieh Hsu v laboratorijskih pogojih dokazala, da je mogoče z uporabo naprednih programskih sistemov koordinirati različne vrste procesnih enot in doseči skoraj dvakrat večja zmogljivost in zmanjšati porabo energije za več kot 50 % v nekaterih resničnih testih.
Ključ njegovega predloga je abstrakcija in sočasno izvajanje heterogenih niti, torej, da procesorji, grafični procesorji in pospeševalniki umetne inteligence delujejo hkrati na skupni kodi, namesto da čakajo, da eden konča, in nato pošljejo naslednjega.

Kako deluje SHMT? Programski model, ki izkorišča strojno opremo

Delovanje SHMT temelji na sistemu dinamično dodeljevanje nalog Uporaba algoritmov vzporednega programiranja, ki nenehno spremljajo stanje in zmogljivosti vsake razpoložljive procesne enote. Ko se zažene združljiva aplikacija, sistem porazdeli procese in niti med CPU, GPU in, če je prisoten, NPU/TPU, pri čemer se v realnem času odloči, kateri del je najučinkovitejši za vsak del kode.

• Heterogeni procesi: Glavna novost je izkoriščanje heterogenost strojna oprema. Koda se ne izvaja več le vzporedno na jedrih procesorja ali nitih grafičnega procesorja, temveč se lahko uporablja hkrati, pa tudi z uporabo pospeševalnikov umetne inteligence, ki združujejo vire in zmogljivosti.
• Brez fizičnih sprememb strojne opreme: Najbolj presenetljiva prednost SHMT je, da ne zahteva uvedbe novih čipov ali nadgradnje fizičnih komponent. Gre za razvoj, ki temelji na programski opremi, kar zmanjšuje stroške in olajša uporabo v obstoječih napravah.
• Abstrakcija in čas izvajanja: Tsengov model vključuje sistem abstrakcije in izvajalno okolje, ki poenostavlja razvoj združljivih aplikacij. Programerji lahko optimalno porazdelitev nalog prenesejo na sistem SHMT, ki to stori samodejno.
• Odprava ozkih grl: S preprečevanjem, da bi ena sama enota, običajno najpočasnejša ali najbolj preobremenjena, postala ozko grlo, sistem bolje izkorišča vse razpoložljive vire. To ima za posledico krajše čakalne dobe, večjo zmogljivost in znatne prihranke pri porabi energije in proizvodnji toplote.

Povezani članek:

Kaj je mapa Prednalaganje sistema Windows 11 in kako lahko vpliva na delovanje računalnika?

Rezultati in številke: Koliko se sistem dejansko izboljša s SHMT?

Podatki, pridobljeni z laboratorijskimi testi, so bili prepričljivi. Glede na raziskavo Univerze v Kaliforniji in teste, ki so jih izvedle druge ekipe, hitrost obdelave se skoraj podvoji, s konkretnimi številkami 1,95-krat hitreje V primerjavi s konvencionalnimi arhitekturami je najbolj presenetljivo, da tega povečanja zmogljivosti ne spremlja povečana poraba energije, temveč ravno nasprotno:

• Zmanjšanje porabe energije za 51 %: V večini poskusov je sistemu SHMT uspelo prepoloviti energijo, potrebno za dokončanje težkih nalog.
• Še posebej opazne izboljšave pri intenzivnih obremenitvah: Največje prednosti SHMT se pokažejo, ko je sistem izpostavljen visokim zahtevam, na primer v znanstvenih aplikacijah, umetni inteligenci, velikih simulacijah ali naprednih igrah. V teh situacijah so ozka grla tradicionalnih arhitektur veliko bolj očitna, zato je potencial za izboljšave večji.
• Štirikrat učinkovitejše od tradicionalnega večnitnega delovanja: V primerjavi s tradicionalnimi shemami večnitnosti, kjer si CPU in GPU ne delita dejanske delovne obremenitve, so opazili do štirikratno splošno izboljšanje učinkovitosti.
• Pravi primer: NVIDIA Arhitekture Jetson Nano in ARM: Implementacija SHMT je bila preizkušena na platformah s 4-jedrnimi ARM procesorji, namenskimi grafičnimi procesorji in pospeševalniki umetne inteligence Edge TPU. google, s čimer so dosegli te spektakularne rezultate brez kakršnih koli sprememb fizične strojne opreme.

Ta zmogljivost se lahko razlikuje glede na nalogo, vendar številke kažejo znatno povečanje učinkovitosti in hitrosti obdelave.

Težave in izzivi pri uvajanju SHMT v resničnem svetu

Čeprav so koristi SHMT obetavne, njegova široka uporaba ni brez ovir. Največji izziv je v treba prilagoditi programsko opremo in aplikacije Da bi bili razvijalci združljivi s tem modelom, morajo spremeniti in optimizirati svoje programe, da bi izkoristili prednosti inteligentne delitve nalog, kar zahteva dodaten trud v primerjavi s tradicionalnimi razvojnimi pristopi.

• Postopno izvajanje: Vsi sistemi in aplikacije nimajo takojšnje koristi od SHMT. To je potrebno za OS, vozniki in razvojna orodja se razvijajo tako, da izvorno podpirajo ta model.
• Delo razvijalcev: Prilagoditev programske opreme ni niti samodejna niti trivialna. Zahteva nove strategije razporejanja in obsežno testiranje, da se zagotovi, da sistem vedno dodeli naloge najučinkovitejši enoti.
• Različen vpliv, odvisno od vrste uporabe: Največje koristi bodo opazne pri programih, ki intenzivno in sočasno uporabljajo pospeševalnike CPU, GPU in umetne inteligence, kot so znanstvene simulacije, upodabljanje, umetna inteligenca, vrhunske igre in strežniška okolja.
• Možne začetne omejitve: V nekaterih primerih ali s slabo optimizirano kodo so lahko rezultati manj spektakularni ali pa v zelo specifičnih primerih pričakovane izboljšave morda niso dosežene.

Stranske koristi: trajnost in zmanjšanje okoljskega odtisa

Ne govorimo samo o zmogljivosti in hitrosti. SHMT prinaša okoljske in gospodarske koristiZ zmanjšanjem potrebe po povečanju moči strojne opreme ali namestitvi novih čipov se zmanjšajo stroški in zmanjša nastajanje elektronskih odpadkov. Manjša poraba energije pomeni manjše emisije ogljika in v primeru velikih podatkovnih centrov še manjšo porabo vode za hlajenje, kar pomaga ohranjati naravne vire.

Profesor Tseng je ta vidik poudaril v svojih izjavah: "Ni treba dodajati novih procesorjev, ker jih že imate."Ključno je bolje izkoristiti obstoječe, kar je še posebej pomembno za infrastrukturo, kot so strežniki, superračunalniki in vgrajeni sistemi v vsakdanjih napravah.

Za katere naprave in platforme je SHMT pomemben?

Tehnologija SHMT je združljiva s katero koli platformo, ki združuje različne vrste procesnih enot. Laboratorijski testi so bili izvedeni na:

• Osebni računalniki (PC) in prenosniki z namenskim procesorjem in grafičnim procesorjem.
• Mobilne naprave kot so pametni telefoni in tablični računalniki z večjedrnimi procesorji in integriranimi enotami umetne inteligence.
• Vgrajeni sistemi in ploščadi Internet stvari z Arm čipi, Google Edge TPU pospeševalniki in NVIDIA grafičnimi procesorji.
• Strežniki in podatkovni centri ki imajo visokozmogljive procesorje, več grafičnih procesorjev in FPGA ali TPU-je, zasnovane za umetno inteligenco in obdelavo velikih količin podatkov.
• Ročni računalniki in prenosne konzole kot Parna Deck ali Asus ROG Ally, ki si prizadevajo za maksimiranje učinkovitosti in zmogljivosti v omejenem prostoru.

Da bi v celoti izkoristili prednosti SHMT, je bistveno, da sta operacijski sistem in aplikacije pripravljena, kar bo sledilo postopoma, ko bodo proizvajalci in razvijalci sprejeli te nove tehnike vzporednega programiranja.

Vpliv na panogo in prihodnje možnosti

Razvoj in implementacija SHMT je še vedno v zgodnji fazi, vendar je potencial ogromen. Članki iz industrije in strokovnjaki se strinjajo, da bomo z uveljavitvijo razvojnih orodij in izvorno podporo operacijskih sistemov za to tehnologijo videli:

• Velike spremembe v načrtovanju in programiranju programske opreme, pri čemer daje prednost optimizaciji za heterogena okolja in izboljšuje uporabniško izkušnjo.
• Večja energetska učinkovitost z isto infrastrukturo, kar zmanjšuje stroške in podaljšuje življenjsko dobo elektronskih naprav.
• Zmanjševanje okoljskega odtisa, z izogibanjem nenehnim nadgradnjam strojne opreme in zmanjšanjem porabe energije in vode za hlajenje.
• Spodbujanje umetne inteligence in vzporedne obdelave, kar omogoča aplikacijam umetne inteligence, da izkoristijo vso moč razpoložljive strojne opreme.

Glavni izziv bo za razvijalce, proizvajalce čipov in podjetja za programsko opremo sodelovanje pri standardizaciji SHMT in zagotavljanju polne podpore na ravni operacijskega sistema in aplikacij.

Reference in akademska podpora SHMT

Model SHMT temelji na nedavnih znanstvenih publikacijah, kot je tista, ki sta jo predstavila Tseng in Hsu v Mednarodni simpozij IEEE/ACM o mikroarhitekturi, kot tudi strokovne analize, objavljene v revijah, kot je Archives of Computational Methods in Engineering. Dokazi koncepta so bili strokovno pregledani, rezultati pa so bili ponovljeni v različnih okoljih, kar daje trdnost trditvam o potencialu SHMT za heterogeno računalništvo.

Tehnologija je še vedno v raziskavah z namenom izboljšanja njene integracije, optimizacije in lažjega programiranja, vendar so prvi koraki že znanstveno potrjeni, kar SHMT uvršča med najbolj obetavne pristope k visokozmogljivemu in učinkovitemu računalništvu v bližnji prihodnosti.

Pomembno je omeniti, da napredek, ki ga predstavlja SHMT, kaže, da se velik del potenciala naših trenutnih naprav zapravlja zaradi tradicionalnih metod obdelave, njegova postopna uporaba pa bo omogočila znatne izboljšave brez potrebe po nakupu nove strojne opreme. Industrija bo lahko zmanjšala stroške in svoj okoljski odtis, razvijalci pa bodo imeli nova orodja za ustvarjanje hitrejših, učinkovitejših in bolj trajnostnih aplikacij.

Isaac

Strasten pisec o svetu bajtov in tehnologije nasploh. Rad delim svoje znanje s pisanjem in to je tisto, kar bom počel v tem blogu, saj vam bom pokazal vse najbolj zanimive stvari o pripomočkih, programski opremi, strojni opremi, tehnoloških trendih in še več. Moj cilj je, da vam pomagam krmariti po digitalnem svetu na preprost in zabaven način.