Máy tính có thể nhanh gấp đôi mà không cần thay phần cứng

Một cách tiếp cận mới về điện toán có thể tăng gấp đôi tốc độ xử lý của các thiết bị như điện thoại hoặc máy tính xách tay mà không cần thay thế bất kỳ thành phần hiện có nào.

Bằng cách cho phép các đơn vị xử lý khác nhau hoạt động song song theo mô hình 'paradigm shift' thay vì theo trình tự, các hệ thống có thể được nâng cấp, tăng tốc xử lý lên gấp đôi và tiết kiệm năng lượng 50%.

Các thiết bị điện toán hiện tại như máy tính, điện thoại được trang bị các chip khác nhau để xử lý các tác vụ. Bên cạnh bộ vi xử lý trung tâm (CPU), còn có bộ xử lý đồ họa (GPU), bộ tăng tốc phần cứng và tín hiệu số v,v,,

Tuy nhiên, do các hệ thống này thực thi các chương trình một cách riêng biệt và theo trình tự, điều này làm chậm thời gian xử lý.

Thông tin di chuyển từ đơn vị này sang đơn vị tiếp theo tùy thuộc vào đơn vị nào hiệu quả nhất trong việc xử lý một vùng mã cụ thể trong chương trình. Điều này tạo ra một nút thắt cổ chai, vì một bộ xử lý cần hoàn thành công việc của mình trước khi chuyển giao nhiệm vụ mới cho bộ xử lý tiếp theo.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã nghĩ ra một khuôn khổ mới để thực hiện chương trình trong đó các đơn vị xử lý hoạt động song song. Nhóm đã phác thảo cách tiếp cận mới, được gọi là "đa luồng đồng thời và không đồng nhất (SHMT)" trong một bài báo xuất bản arXiv.

Hệ thống đa luồng đồng thời không đồng nhất khiến các đơn vị điện toán (Processor) đồng thời xử lý công việc thay vì chờ theo thứ tự.

Hệ thống đa luồng đồng thời không đồng nhất khiến các đơn vị điện toán (Processor) đồng thời xử lý công việc thay vì chờ theo thứ tự.

SHMT sử dụng đồng thời các đơn vị xử lý cho cùng một vùng mã — thay vì chờ bộ xử lý hoạt động trên các vùng mã khác nhau theo trình tự dựa trên thành phần nào là tốt nhất cho khối lượng công việc cụ thể.

SHMT sử dụng đồng thời các đơn vị xử lý cho cùng một vùng mã — thay vì chờ bộ xử lý hoạt động trên các vùng mã khác nhau theo trình tự dựa trên thành phần nào là tốt nhất cho khối lượng công việc cụ thể.

Một phương pháp khác thường được sử dụng để giải quyết nút cổ chai này được gọi là "đường dẫn phần mềm" và tăng tốc mọi thứ bằng cách cho phép các thành phần khác nhau hoạt động trên các tác vụ khác nhau cùng lúc, thay vì đợi một bộ xử lý hoàn thành trước khi bộ xử lý kia bắt đầu hoạt động.

Tuy nhiên, trong đường ống phần mềm, một tác vụ duy nhất không bao giờ có thể được phân phối giữa các thành phần khác nhau. SHMT, thì cho phép các đơn vị xử lý khác nhau hoạt động trên cùng một vùng mã cùng một lúc, đồng thời cho phép chúng đảm nhận khối lượng công việc mới sau khi hoàn thành công việc của mình.

Tác giả chính Hung-Wei Tseng, phó giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học California, Riverside, cho biết trong một tuyên bố: “Bạn không cần phải thêm bộ xử lý mới vì bạn đã có chúng”.

Bạn không phải thay thế bất cứ gì cũng có thể khiến điện thoại, máy tính tăng tốc gấp tốc độ lẫn thời lượng pịn.

Bạn không phải thay thế bất cứ gì cũng có thể khiến điện thoại, máy tính tăng tốc gấp tốc độ lẫn thời lượng pịn.

Các nhà khoa học đã áp dụng SHMT cho một hệ thống nguyên mẫu mà họ xây dựng với CPU ARM đa lõi, GPU Nvidia và bộ tăng tốc phần cứng bộ xử lý tensor (TPU). Trong các thử nghiệm, nó thực hiện các tác vụ nhanh hơn 1,95 lần và tiêu thụ ít năng lượng hơn 51% so với hệ thống hoạt động theo cách thông thường.

SHMT cũng tiết kiệm năng lượng hơn vì phần lớn công việc thường được xử lý độc quyền bởi các bộ phận tiêu tốn nhiều năng lượng hơn — như GPU — có thể được chuyển sang các bộ tăng tốc phần cứng tiêu thụ điện năng thấp.

Các nhà khoa học tuyên bố, nếu khung phần mềm này được áp dụng cho các hệ thống hiện có, nó có thể giảm chi phí phần cứng đồng thời giảm lượng khí thải carbon vì mất ít thời gian hơn để xử lý khối lượng công việc sử dụng các thành phần tiết kiệm năng lượng hơn. Nó cũng có thể làm giảm nhu cầu về nước ngọt để làm mát các trung tâm dữ liệu lớn - nếu công nghệ này được sử dụng trong các hệ thống lớn hơn.

Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ là một minh chứng cho một hệ thống nguyên mẫu. Các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng cần phải nghiên cứu thêm để xác định cách thức triển khai một mô hình như vậy trong môi trường thực tế và trường hợp sử dụng hoặc ứng dụng nào sẽ có lợi nhất.