Multicore čipy představují další velký problém pro průmysl

Přidání více procesorových jader se ukázalo jako primární způsob, jak zvýšit výkon serverových a PC čipů, ale výhody se výrazně sníží, pokud průmysl nemůže překonat určité hardwarové a programové problémy, účastníci Multicore Expo v Santa Clara, V Kalifornii, řekl tento týden.

Většina softwaru dnes je stále napsána pro jednojadrové čipy a bude muset být přepsána nebo aktualizována, aby se využil rostoucí počet jader, které Intel, Sun Microsystems a další výrobci čipů přidávají jejich produkty, říká Linley Gwennap, prezident a hlavní analytik společnosti The Linley Group.

Aplikace "off-the-shelf" často běží rychleji na procesorech s až čtyřmi procesorovými jádry, může se dokonce zhoršit, jelikož se přidá více jader, řekl. Nedávná zpráva společnosti Gartner také zdůraznila tento problém.

Výrobci čipů a stavitelé systémů začali snažit se vzdělávat vývojáře a poskytovat jim lepší nástroje pro vícejádrové programování. Před rokem Intel a Microsoft uvedli, že investují 20 milionů USD na otevření dvou výzkumných center na amerických univerzitách, které se zabývají řešením tohoto problému. Nedostatek vícejádrových programovacích nástrojů pro běžné vývojáře je možná největší výzvou, kterou dnes průmysl čelí, řekl Gwennap.

Psaní aplikací způsobem, který umožňuje různé části výpočetní úlohy, jako je řešení matematického problému nebo vykreslení obrazu, být rozdělena a provedena současně na více jádrech není nová. Tento model, často nazývaný paralelní výpočet, byl zatím omezen především na specializované výpočetní prostředí s vysokým výkonem.

V posledních letech však Intel a Advanced Micro Devices přidávají jádra jako energeticky účinnější způsob, jak zvýšit čip výkon, výraznou změnu z jejich tradiční praxe zvyšování rychlosti hodin. Intel vyrábí osm jader do svých novějších čipů Nehalem-EX a AMD navrhuje 12jádrové čipy pro servery. Přidávají také vícenásobné závitové funkce, které umožňují, aby každé z jader pracovalo na více řádcích kódu současně.

To znamená, že běžné aplikace musí být napsány jiným způsobem, aby bylo možné využít dodatečných jader. Práce je těžké a vytváří potenciál pro nové typy softwarových chyb. Jeden z nejběžnějších je "podmínky závodu", kde výstup výpočtu závisí na různých prvcích úkolů, které jsou dokončeny v určitém pořadí. Pokud tomu tak není, může dojít k chybám.

K dispozici je několik paralelních programovacích nástrojů, jako například paralelní studio Intel pro C a C ++. Dalšími dodavateli v oboru jsou Codeplay, Polycore Software a Clik Arts. Existuje také nový paralelní programovací program založený na C, nazvaný OpenCL, vyvinutý firmou The Khronos Group a podporovaný společností Apple, Intel, AMD, Nvidia a dalšími.

Ale mnoho dostupných nástrojů stále probíhá, účastníci řekl Multicore Expo. Kompilátory softwaru musí být schopni identifikovat kód, který lze paralelizovat, a pak se snaží paralelizovat bez ručního zásahu programátorů, řekl Shay Gal-on, ředitel softwarového inženýrství v EEMBC, neziskové organizaci, která vyvíjí benchmarky pro vložené čipy.

I přes nedostatek nástrojů někteří dodavatelé softwaru našli relativně snadné vytvoření paralelního kódu pro jednoduché výpočetní úlohy, jako je zpracování obrazu a videa, řekl Gwennapp. Adobe přepsal Photoshop způsobem, který může přiřadit úkoly, jako je zvětšení a filtrování obrazu, na konkrétní jádra x86, což zlepšuje výkon třikrát až čtyřikrát, řekl.

"Pokud děláte video nebo grafiku, můžete použít různé sady pixelů a přiřadit je k různým procesorům. Tak můžete získat hodně paralelismus, "řekl. Pro složitější úkoly je však obtížné najít jediný přístup k identifikaci posloupnosti výpočtů, které lze paralelizovat a pak je rozdělit.

Zatímco programovací strana může představovat největší výzvu, existují také hardwarové změny, které je třeba provést, překonat problémy, jako je latence paměti a pomalé rychlosti sběrnice. "Když přidáte stále více procesorů na čip, potřebujete paměťovou kapacitu pro zálohování," tvrdí Gwennap.

Sdílení jedné paměťové mezipaměti nebo datové sběrnice mezi více jádrami může vytvořit úzké místo, což znamená, že jádra extra být z velké části promarněn. "V době, kdy se dostanete na šest nebo osm procesorů, tráví celý svůj čas mluvit k sobě a nepokračuje v práci," řekl.

Úloha může nakonec spočívat s vývojáři, kteří překlenou mezeru mezi hardware a software pro psaní lepších paralelních programů. Mnoho programátorů není schopno urychlit vývoj v oblasti hardwaru, řekl Gal-on. Měli by otevřít datové listy a studovat čipové architektury, aby pochopili, jak může jejich kód fungovat lépe, řekl.