U současných počítačů a používané architektury jsme zvyklí na klasické rozložení, kdy hlavní procesorový čip poskytuje především výpočetní výkon (dnes už i specializovanější grafické čipy) a pro práci s daty je k dispozici operační paměť, případně pak mnohem pomalejší úložiště typu pevný disk nebo SSD.
Vědci z univerzity ve Wisconsinu (Madison) ale s podporou od agentury ministerstva obrany pro pokročilé výzkumné projekty – DARPA, vyvíjí nový druh univerzálního čipu, který dokáže poskytnout obojí a zároveň se přizpůsobovat podle toho, co je aktuálně potřeba.
Architektura „tekutého“ křemíku
Profesorka Jing Li, která se podílí na nové architektuře čipů, je označuje jako „Liquid Silicon“. Neznamená to však, že by samotný čip byl uvnitř jakkoli tekutý (doba Terminátorů ještě nenastala), ale právě možnost konfigurace a využití čipu dle potřeby. Zatímco monolitický hardware je pevnou součástí, „tekutost“ řídí specializovaný software.
Testování výkonu prototypů čipů (Zdroj: UW-Madison)
Čip v sobě integruje trojrozměrnou monolitickou strukturu pro výpočet, paměť i komunikaci. Čip je tak flexibilní a umožňuje využití pro maximální výpočetní výkon, nebo například omezit výkon a prostředky přesunout pro ukládání dat a komunikaci. To vše uvnitř tohoto čipu, řízené externě pomocí softwaru.
Oproti dnešnímu přístupu je to pochopitelně na zcela jiné úrovni – i u moderních počítačů je neustále nutné přesouvat data mezi procesorem do dalších paměťových čipů, navíc přes pomalé spoje na základních deskách. V případě těchto nových 3D čipů se vše děje uvnitř samotné struktury, která je navíc vyrobena ze stejného materiálu a stejnou technologií výroby.
Cílem jsou zatím datově náročné operace
Pokud je úloha závislá především na výpočetním výkonu a dat je málo, současná procesorová architektura je jednodušší a efektivnější. Nový čip má tak za cíl především oblast, kde je nutné řešit jak výkon, tak i velké množství dat a tím pádem i komunikaci.
Jing Li pracuje s týmem nejen na samotných čipech, ale i softwaru, překladači a testovací platformě (Zdroj: UW-Madison)
Jedná se o oblasti nejen big data, ale například i rozpoznávání hlasu, obrazu a další části strojového učení či umělé inteligence. S novou architekturou ale přichází rovněž nová výzva – programování a jazyk, kterým lze software přizpůsobovat pro dané úkoly.
Aby nebylo nutné vše programovat na té nejnižší úrovni, tým pracuje i na překladači, který umožní čipy využívat skrze současné programátorské jazyky a snadno tak zkompilovat dané úlohy ke zpracování. Dle vyjádření bude navíc možné konvertovat současné aplikace tak, aby byly kompatibilní s novými čipy. Je ale jasné, že s případnou optimalizací půjde dosáhnout mnohem lepších výsledků z pohledu efektivity čipu.
Velké změny přichází
Protože jde o nový druh čipu, v laboratoři si tým vyvinul i vlastní testovací platformu, která funguje automaticky. Kvůli samotné dynamické funkčnosti bylo nutné vše vyvinout zcela od začátku, ale jedná se o velmi důležitou část při vývoji prototypu. Kdy se nové čipy dostanou do produkce nebo jestli se technologie bude licencovat spíše větším hráčům, zatím není jasné.
Detail testovací platformy pro nové čipy (Zdroj: UW-Madison)
Z pohledu nedávného dění lze ale vidět, že se rychle mění trh, který vyžaduje nové formy čipů a architektur. HPE pracuje na The Machine, který na první místo staví paměť, Google s hlubokými neuronovými sítěmi zase začíná stále více používat specializované programovatelné čipy a na trh se chystají i nové druhy rychlých paměti s velkou kapacitou, které dokáží udržet data i po odpojení napájení.
Zpracování velkého množství dat, které souvisí s big data i umělou inteligencí tak mění potřeby současných architektur, což znamená, že v následujících letech se dočkáme velkých a pravděpodobně i revolučních změn v tom, jak počítače a superpočítače fungují i na úrovni samotných čipů. Díky tomu se můžeme těšit i na zařízení, která jsme si doposud nedokázali ani představit.
Zdroj obrázku: Terminátor 2, TriStar Pcitures
