Fem nanosekunders beslutningstagning:Nyt chipdesign til hurtige beregninger for forskere

Dataloger udvikler algoritmer, der styrer alt fra ubemandede luftfartøjer til stationære computere til mobiltelefonerne i vores lommer. Men det kan være kompliceret at matche den kode, de udvikler, til hardwaresystemer, der varierer så meget.

"Hver af disse hardwarearkitekturer kommer med sit eget programmeringsmiljø, og du har brug for en hardwareekspert, der forstår, hvad der er under motorhjelmen, så du kan omstrukturere dine algoritmer for at overlappe målhardwarearkitekturen, "sagde Ali Akoglu, UA lektor ved Institut for Elektro- og Computerteknik og ved BIO5 Instituttet, direktør for Reconfigurable Computing Lab og UA site direktør for NSF Center for Cloud and Autonomic Computing. "Først da får du en optimal præstation."

Akoglu samarbejder med forskere fra Arizona State University, Carnegie Mellon University og University of Michigan, og fra firmaer Arm, EpiSys og GDMS, at løse dette problem ved at udvikle systemer på chips, eller SoC'er, som giver softwareudviklere mulighed for at fokusere deres indsats på at designe algoritmer og applikationer, ikke på at matche dem til chipstrukturer. De bruger et tilskud fra Defense Advanced Research Projects Agency, eller DARPA - hvis UA -del er $ 820, 000 - for at gøre det.

Design til DARPA

Disse nye chip-baserede systemer vil ikke bare automatisk knytte software til hardware. DARPA ønsker, at forskere designer dem til at være "domænespecifikke" for at finde en balance mellem effektivitet og fleksibilitet - dvs. stadig i stand til at udføre mere end én opgave, men ikke så generaliserede, at de ofrer hastighed eller kvalitet af funktioner for kvantitet.

De skal også være i stand til at inkorporere nye applikationer, efterhånden som teknologien udvikler sig. Hvis en datalog udvikler kode til en splinterny funktion - som at sende hologrammer frem og tilbage via tekst - bør SoC'et være i stand til at kortlægge softwaren til den teknologi til chippens hardware.

Teamets svar på DARPAs udfordring er en "domænefokuseret avanceret software-rekonfigurerbar heterogen SoC, " eller DASH-SoC. Det er en mundfuld, men den tid, der bruges på at sige, at det vil blive mere end opvejet i de måneders arbejde, det kunne redde dataloger.

"Når du henter en kandidatstuderende til at arbejde med en ny hardwarearkitektur, det tager tre til seks måneder for dem at lære programmeringsmiljøet, og yderligere seks måneder til at optimere det, " sagde Akoglu. "Når du tænker på dette produktivitetsproblem, at have en systemgrænseflade, der oversætter din kode til en målarkitektur ved et tryk på en knap, er et meget ambitiøst mål."

Mens computeringeniører som Akoglu skaber algoritmer, som alle fra hjertekirurger til biologer bruger til at forbedre deres evne til at forudsige resultater, DARPA ønsker specifikt systemer til domænet softwareradio, som omfatter applikationer lige fra mobiltelefoner til national sikkerhed.

Fem opgaver og fem nanosekunder

Der er endnu et element, der får denne nye teknologi til at skille sig ud:DARPA-bevillingen forudsætter, at SoC'et kan køre fem applikationer ad gangen, hvilket betyder at balancere kravene fra fem forskellige prioriteter så hurtigt og effektivt som muligt. Som en elev, der tager fem klasser, der alle involverer at udføre en række opgaver, chippen skal lave en omhyggelig planlægning og ressourceallokering for at få hver opgave udført for hver applikation.

Dette er den del af projektet, Akoglu og hans samarbejdspartner Umit Ogras fra ASU leder:udvikler en intelligent planlægger, der kortlægger, hvilke fysiske områder af chippen der udfører hvilke opgaver, hvornår. "Intelligent" betyder her, at planlæggeren vil forbedres over tid via maskinlæring, måden, hvorpå en studerende kan være bedre i stand til at skabe en effektiv tidsplan i løbet af senioråret end førsteårsåret.

"Den intelligente planlægger vil lære at planlægge opgaverne for specialiserede processorer og kontrollere den nødvendige kraft til at behandle dem." sagde Ogras. "Som resultat, vi vil levere meget kraftfuldt, energieffektive og brugervenlige SoC'er, der kan bruges i en bred vifte af kommunikations- og radarapplikationer."

DARPAs mål er en intelligent skemalægger, der kun tager fem nanosekunder for hver beslutning. Chips med så intelligent planlægningsteknologi findes ikke i dag, så det er ambitiøst at skabe dem overhovedet – at skabe et så hurtigt system tilføjer en helt anden dimension, sagde Akoglu.

"Denne fem nanosekunders forretning giver mig højt blodtryk, "Jokede han. "Men uden at sætte disse aggressive mål, vi kan ikke skubbe teknologien til det næste niveau. "