Nghiên cứu phần mềm: Tăng hiệu năng chip xử lý lên gấp đôi, nhưng điện năng tiêu thụ giảm 1 nửa

P.W
23/2/2024 6:39Phản hồi: 15
Nghiên cứu phần mềm: Tăng hiệu năng chip xử lý lên gấp đôi, nhưng điện năng tiêu thụ giảm 1 nửa
Cơ bản thì hiện giờ để tăng hiệu năng, có vài cách. Khó nhất là tạo ra cả kiến trúc chip mới. Hoặc là tăng số nhân xử lý để hiệu năng đa nhân tăng lên, hoặc tăng xung nhịp, đổi lại là điện năng tiêu thụ lẫn nhiệt năng mà die silicon tạo ra cũng sẽ tăng theo. Một cách nữa là tối ưu phần mềm để vận hành phần cứng máy tính. Giải pháp phần mềm này là thứ mà các nhà nghiên cứu tại đại học California Riverside (UCR) đang nghiên cứu để tạo ra giải pháp xử lý song song, từ đó giải quyết vấn đề nghẽn cổ chai khi dùng nhiều chip xử lý cùng một lúc.

Trong một hệ thống máy tính, dù là PC hay máy chủ, cũng đều sở hữu nhiều chip xử lý khác nhau, từ những nhân CPU, đến GPU, rồi cả cụm nhân tăng tốc xử lý thuật toán machine learning, nhưg tensor core trong chip GPU của Nvidia, đến TPU trên những máy chủ của Google, hay Neural Engine trên chiếc iPhone, và Edge TPU trên những chiếc máy Pixel.

Những cụm nhân chip xử lý này vận hành và xử lý thông tin một cách độc lập, dữ liệu được chuyển qua lại những nhân xử lý, và đó là lúc nghẽn cổ chai trong luồng dữ liệu xuất hiện. Vậy là giải pháp của các nhà nghiên cứu đại học UCR được trình diễn, để cho các cụm nhân xử lý vận hành song song đồng thời, chứ không phải tuần tự, từ đó cải thiện tốc độ, giảm tiêu thụ điện năng.

Các nhà nghiên cứu gọi giải pháp này là SHMT, viết tắt của simultaneous and heterogeneous multithreading. SHMT khác biệt so với những mô hình lập trình truyền thống, vốn chỉ có khả năng chuyển một phần code lập trình vào một dạng chip xử lý duy nhất, những chip khác tạm dừng xử lý để chờ đợi, gây lãng phí thời gian vận hành một tác vụ. Còn SHMT thì tận dụng tính không đồng nhất để bẻ gãy những phép tính mà code lập trình yêu cầu phần cứng xử lý, để chia việc một cách hiệu quả trên toàn bộ hệ thống. Mô tả bằng hình ảnh thì sẽ như thế này:

[​IMG]


Phó giáo sư ngành kỹ thuật điện và kỹ thuật máy tính Hung-Wei Tseng của UCR cho rằng, không cần thêm những cụm chip xử lý mới nữa, vì đã có sẵn rồi." Cái quan trọng hơn là tối ưu xử lý để thời gian xử lý giảm xuống và tiêu thụ điện năng cũng giảm.

Mô tả một cách đơn giản dễ hiểu, SHMT vận hành như thế này để chia việc cho những cụm chip xử lý khác nhau. Một nhóm lệnh VOP (virtual operation) sẽ cho phép phần mềm chạy trên CPU chuyển bớt tính năng sang virtual hardware device. Trong quá trình vận hành phần mềm, runtime system sẽ đóng vai trò điều khiển “phần cứng ảo” SHMT, đánh giá khả năng lên lịch xử lý các tác vụ của phần cứng máy tính.

Quan trọng hơn, SHMT không ngốn quá nhiều tài nguyên của hệ thống, nhờ vào giải pháp QAWS (quality-aware work-stealing), để từ đó đảm bảo cân bằng workload giữa những con chip xử lý. Những lệnh VOP sẽ được chia ra thành những high-level operations (HLOP) để sử dụng song song nhiều nguồn phần cứng xử lý. Runtime system của SHMT khi ấy sẽ chia những HLOP vào danh sách chờ xử lý tác vụ trên phần cứng.

Thử nghiệm ý tưởng và lý thuyết, các nhà nghiên cứu trường đại học Mỹ thử nghiệm một hệ thống máy tính Jetson Nano của Nvidia, với 4 nhân CPU ARM Cortex-A57 và 128 nhân GPU kiến trúc Maxwell. Ở slot M.2 là một chip TPU Google Edge xử lý thuật toán machine learning. Cả ba nhân chip xử lý này đều tương tác với nhau thông qua cầu nối PCI Express tiêu chuẩn.

Các nhà nghiên cứu thử nghiệm khác biệt giữa giải pháp chia tác vụ software pipelining truyền thống với SHMT họ phát triển, với những giải pháp QAWS khác nhau. Họ phát hiện ra đối với giải pháp QAWS tốt nhất, hiệu năng dựa trên thời gian xử lý tác vụ tăng tới gần gấp đôi, còn điện năng tiêu thụ thì giảm tới 51%, so với giải pháp truyền thống lấy ra làm hệ quy chiếu.

SHMT2.jpg

Quan trọng nhất, theo các nhà nghiên cứu, thư viện phần mềm SHMT có thể ứng dụng cho rất nhiều giải pháp, từ máy tính cá nhân đến máy chủ data center, từ smartphone đến máy tính bảng để cải thiện tốc độ xử lý. Cùng lúc, giải pháp này hoàn toàn có khả năng giải quyết phần nào nhu cầu những phần cứng máy tính mạnh nhất, và cũng đắt nhất trên thị trường ở thời điểm hiện tại, giúp các thiết bị điện toán trở nên dễ tiếp cận hơn với mọi người.

Cùng lúc, với điện năng tiêu thụ giảm thì áp lực đối với hệ thống tản nhiệt cho những con chip xử lý cũng sẽ giảm đi, tạo ra hiệu ứng tích cực hơn đối với tiêu thụ điện năng và phát thải carbon đối với những data center khổng lồ với hàng trăm chip xử lý vận hành cùng lúc.

Quảng cáo



Theo New Atlas
15 bình luận
Chia sẻ

Xu hướng

Nói về hiệu năng/điện năng thì các hãng gọi Apple bằng cụ. Vừa mạnh, mát, render ngon, rút điện ko giảm hiểm năng….ăn đứt x86 lỗi thời 😁
@sốt-siêu-vi-sốt-phát-ban-2024 Rút điện giảm hiệu năng là do cái power plan của Windows chứ liên quan gì đến chip?

Thường thì cắm điện nó sẽ đặt best performance, pin là balance, pin yếu thì best battery life

Cái này cài đặt được hoặc chọn được mà ?
image.jpg
kemmet
ĐẠI BÀNG
2 tháng
@BlackMan00x Rút điện giảm hiệu năng không phải do power plan đâu bác 😆
Đây là thiết lập mặc định trong bios rồi, không điều chỉnh được trên các laptop đâu. Việc bác để bét performance là nó chỉ có tác dụng đẩy xung lên mức cao nhất ( mà thằng bios nó cho phép).
Giảm hiệu năng không chỉ là tụt xung đâu, các laptop đời mới giờ, tháo nguồn điện là tự động hạ hiệu năng hết. Không quan trọng là trên Windows hay linux.
ikariat
ĐẠI BÀNG
2 tháng
@kemmet Đúng rồi, kể cả để Performance thì nó vẫn chậm hơn cắm điện, fps tụt thê thảm 😃))
Bao h nó có thể áp dụng vào các hệ điều hành phổ biến
@badboyasd mình nghĩ khó lắm, vì làm ra đã khó tối ưu còn khó hơn. thế nên chúng ta chỉ thấy càng ngày ứng dụng, phần mềm hay hdh chỉ phình to ra có thấy nó bé đi đâu. chưa kể nếu tối ưu tốt thì tức là 1 phần cứng sẽ chạy ngon trong nhiều năm, cũng như 1 chiếc iphone tới bây giờ vẫn có người dùng iphone cổ vẫn chạy được,nhưng máy android thì đã tuyệt chủng từ lâu. thì nhà sản xuất phần cứng sẽ bán cho ai. đơn cử như 1 con intel cỡ core i9 là con vừa nóng,ăn điện nếu nó không còn ăn như thế thì những người sản xuất từ main,quạt tản nhiệt rồi nguồn sẽ rất buồn vì người dùng sẽ giảm nhu cầu cần những thứ đó. còn nếu nó vẫn tiếp tục như cũ thì người bán tản nhiệt nước vui, bán main cũng vui, và bán nguồn cũng thế.
@van tuong_pc xuống 1nm thì may ra
Nói nôm na là khả năng quản lý phối hợp công việc. Quản lý tồi thì hiệu quả công việc thấp, mất thời gian, tiền bạc cho dù người tham gia có giỏi thế nào đi nữa
lotkhevang
ĐẠI BÀNG
2 tháng
Nếu mà nó ta đc phần mềm này thì các hãng nó sẽ k đẩy mạnh phần cứng chip nửa. Vì tụi nó sẽ nói nhiu đó là đủ dùng rồi. Như nokia.blackberry ngày trước cũng hay chơi chiêu này. Nó nói đt của nó đã mượt mà là ok cho dù cấu hình yếu vẫn chạy mượt.ăn gian cấu hình bán máy cho lời rồi cuối cùng cũng chết. Tưởng người dùng ngu chắc. Lướt mấy cái giao diện mượt thì nói làm gì. Ngta cần hiệu năng để chơi game lướt web thì đuối
mới làm combo i3 9100f + GTX1660 + 16gb ram thấy khá ngon trong tầm giá. Hiệu năng cao mình cũng k dùng hết mà chỉ tốn tiền và tốn điện.
@huynh tri 1996 Nhu cầu tới đâu xài máy tới đó thôi bác, vậy vừa tiết kiệm vừa đỡ đau đầu cân nhắc nâng cấp qua các năm

Xu hướng

Bài mới









  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2024 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: Số 70 Bà Huyện Thanh Quan, P. Võ Thị Sáu, Quận 3, TPHCM
  • Số điện thoại: 02822460095
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019