211service.com
Procesory specyficzne dla aplikacji do walki z ciemnym krzemem
Procesor z wytrawionymi obwodami dostosowanymi do najczęściej używanych aplikacji na telefonach z Androidem może pomóc wydłużyć żywotność baterii urządzeń. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego stworzyli oprogramowanie, które skanuje system operacyjny i zbiór najpopularniejszych aplikacji, a następnie generuje projekt procesora dostosowany do ich wymagań. Rezultat może być 11 razy bardziej wydajny niż typowy dzisiejszy czip do smartfonów ogólnego przeznaczenia, mówi Michael Taylor, który kieruje ZielonyDroid projekt z kolegą Stevenem Swansonem.
Żyć dłużej: Mikroprocesory zaprojektowane z myślą o najczęściej używanych aplikacjach mogą sprawić, że smartfony będą bardziej energooszczędne.
Projekt chipów dla telefonów komórkowych wymaga przemyślenia z dwóch powodów, mówi Taylor. Jednym z nich jest poprawa wykorzystania ograniczonej energii dostępnej dla telefonu, a drugim rozwiązanie problemu zwanego ciemnym krzemem, który ma sprawić, że konwencjonalne konstrukcje chipów będą jeszcze mniej wydajne.
Ciemny krzem to niewykorzystana część mikroczipa. Chociaż obecnie jest to rzadkością, oczekuje się, że ciemny krzem stanie się niezbędny za dwa lub trzy lata, ponieważ inżynierowie nie będą w stanie dalej obniżać napięć roboczych chipów, aby zrównoważyć wzrost zużycia energii i ciepło odpadowe wytwarzane przez mniejsze, szybsze chipy.
Praca kurczących się tranzystorów przy niższych napięciach była tradycyjnie zaworem ucieczkowym, który umożliwiał większą moc obliczeniową bez większej produkcji ciepła, mówi Taylor, ale teraz nie ma dokąd pójść. Napięcia robocze zbliżyły się do podstawowej granicy, przy której tranzystory praktycznie przestają działać. Oznacza to, że wkrótce, gdy tranzystory będą coraz mniejsze, każda generacja chipów będzie mniej wydajna niż poprzednia, mówi. Jeśli nadal będziesz używać całego chipa, każda generacja będzie generować dwukrotnie więcej ciepła niż poprzednia. Utrzymanie stałego zużycia energii będzie wymagało jednoczesnego włączania tylko niektórych części chipa.
Projekt GreenDroid Taylora i Swansona omija ten problem, otaczając główny rdzeń procesora — część chipa, która wykonuje instrukcje — 120 mniejszymi, z których każdy zajmuje się jednym fragmentem kodu, który jest często potrzebny aplikacjom najczęściej używanym w telefonie. Obwody każdego rdzenia ściśle naśladują strukturę kodu, na którym są oparte, dzięki czemu są do 10 000 razy wydajniejsze niż rdzeń procesora ogólnego przeznaczenia wykonujący to samo zadanie. Taylor mówi, że jeśli wypełnisz chip wysoce wyspecjalizowanymi rdzeniami, to część chipa, która jest zapalona w jednym czasie, może być najbardziej energooszczędna dla tego konkretnego zadania.
Zamiast ręcznie tłumaczyć kod źródłowy na rdzenie procesora, zespół UCSD opracował odpowiednie oprogramowanie. Rejestrują wymagania obliczeniowe systemu operacyjnego Android podczas uruchamiania popularnych aplikacji do obsługi poczty e-mail, map, wideo i usługi radia internetowego Pandora, a na podstawie tych informacji oprogramowanie generuje projekt chipa GreenDroid.
Ponieważ około 70 procent tego kodu jest współdzielone przez wiele aplikacji lub części systemu operacyjnego, wyspecjalizowane rdzenie GreenDroida mogą obsłużyć większość najbardziej energochłonnych zadań telefonu. Szczegółowe symulacje kompletnego procesora GreenDroid dowodzą jego doskonałej wydajności, mówi Taylor. W czerwcu wysyłamy pierwszy projekt do wyprodukowania i zaprojektowaliśmy płytę, dzięki której możemy ją podłączyć, zainstalować Androida i aplikacje, a następnie porównać z konwencjonalnymi projektami – mówi.
Wyprodukowanie niestandardowego procesora jest niezwykle kosztowne i rzadkie w środowisku akademickim. Układ będzie wykorzystywał tranzystory mniejsze niż obecnie dostępne na rynku, o rozmiarach elementów tak małych, jak 28 nanometrów. Procesory z funkcjami 32-nanometrowymi pojawiły się na rynku dopiero niedawno i oczekuje się, że w następnej generacji, przy 22 nanometrach, ciemny krzem stanie się poważnym wyzwaniem.
Eskadra Kevina , profesor na University of Virginia, twierdzi, że strategia UCSD dobrze pasuje do smartfonów, ponieważ aplikacje są ściśle zintegrowane z systemem operacyjnym smartfona. Mówi, że mądrze jest atakować Androida, ponieważ w telefonie system operacyjny odpowiada za ogromną ilość pracy wykonywanej przez procesor. Oznacza to, że każdy użytkownik każdego telefonu skorzysta z ich wyspecjalizowanych rdzeni. Telefony z procesorami w stylu GreenDroid mogą działać dłużej niż konwencjonalne telefony z tą samą baterią lub mieć taką samą żywotność przy bardziej eleganckim wyglądzie, mówi.
Jednak wyspecjalizowany sprzęt tego podejścia ma wady, które sprawiają, że jest mniej przydatny w przypadku urządzeń niemobilnych, mówi Skadron. W przypadku komputera lub serwera jest to trudniejsze, ponieważ system operacyjny ma mniejszy wpływ na działanie procesora. Poza tym aplikacje są najważniejsze i różnią się znacznie między użytkownikami.
Ta wada specjalizacji może dotyczyć również telefonów — na przykład, jeśli pojawią się nowe aplikacje, które różnią się od tych używanych do generowania projektu GreenDroid. W przypadku telefonów komórkowych nie martwimy się zbytnio, ponieważ ludzie tak szybko je wymieniają, mówi Taylor. A ponieważ aktualizacje aplikacji i systemów operacyjnych są raczej ewolucyjne niż rewolucyjne, mówi, jest mało prawdopodobne, aby wiele wyspecjalizowanych rdzeni chipów GreenDroid stało się całkowicie bezużytecznych podczas krótkiego życia smartfona. Taylor i Swanson dodali do swojego projektu funkcje, które pozwalają na niewielkie podrasowanie rdzeni konserwujących, aby pasowały do nowego kodu, ale niektóre ulepszenia będą na to zbyt duże. Jeśli tak się stanie, Twój telefon nie przestanie działać, ale jego efektywność energetyczna spadnie, mówi Taylor, zauważając, że ta perspektywa prawdopodobnie i tak nie byłaby zbyt kłopotliwa dla producentów.