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讓內(nèi)存干CPU的活兒 新技術(shù)讓芯片運行速度提升百倍 這一神奇的技術(shù)到底是什么？它為何能顯著提高芯片性能？科技日報記者就此采訪了相關(guān)專家。 高度集成，把計算與存儲功能合二為一 對于我們常用的計算機來說，存儲器可分為內(nèi)部存儲器和外部存儲器。內(nèi)部存儲器，即“內(nèi)存”，是電腦的主存儲器。它的存取速度快，但只能儲存臨時或少量的數(shù)據(jù)和程序。 外部存儲器，通常被稱為“外存”，它包括硬盤、軟盤、光盤、U盤等，通�？捎谰么鎯Υ罅繑�(shù)據(jù)，如操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序等。當運行某一程序時，處理器（CPU）會先從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)，而后將一部分結(jié)果寫入內(nèi)存，并選擇性地將另一部分結(jié)果寫入外存進行永久保存。 也就是說，通常情況下，內(nèi)存只能存儲少量數(shù)據(jù)，計算機中大部分數(shù)據(jù)都“住”在外存。當CPU運行程序時就需要調(diào)取數(shù)據(jù)，若調(diào)取“住”在內(nèi)存的數(shù)據(jù)，則用時較少；若調(diào)取“住”在外存的數(shù)據(jù)，則可能要費些周折。 因此科學(xué)家就想，能否把數(shù)據(jù)都存在內(nèi)存里呢？于是，內(nèi)存計算技術(shù)出現(xiàn)了。 “內(nèi)存計算技術(shù)是伴隨著大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的興起而興盛起來的。在處理大數(shù)據(jù)過程中，由于數(shù)據(jù)量極大，處理數(shù)據(jù)時頻繁訪問硬盤這些外存會降低運算速度。隨著大容量內(nèi)存技術(shù)的興起，專家開始提出在初始階段就把數(shù)據(jù)全部加載到內(nèi)存中，而后可直接把數(shù)據(jù)從內(nèi)存中調(diào)取出來，再由處理器進行計算。這樣可以省去外存與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)調(diào)入/調(diào)出過程，從而大大提升計算速度。”北京航空航天大學(xué)計算機學(xué)院教授、中德聯(lián)合軟件研究所所長劉軼告訴科技日報記者。 “但普林斯頓大學(xué)研發(fā)團隊采用的‘內(nèi)存計算’技術(shù)與上述概念中所指的內(nèi)存計算并不完全相同�！眲⑤W說，普林斯頓大學(xué)所采用的技術(shù)其實是PIM（Process in-memory），通常被翻譯為“存內(nèi)計算”“存算一體”或“計算存儲一體化”。 “PIM技術(shù)是指直接在內(nèi)存中處理數(shù)據(jù)，而不是把數(shù)據(jù)從內(nèi)存讀取到處理器中進行處理�！眲⑤W指出，PIM的技術(shù)概念在1990年就已被提出，雖然相關(guān)研究論文早已發(fā)表出來，但相關(guān)技術(shù)始終難以落地。 劉軼認為“難落地”的主要原因在于，PIM技術(shù)尚難以達到傳統(tǒng)計算機馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的靈活性和通用性水平。“目前，學(xué)界所提出的PIM技術(shù)，只能做某些類別的應(yīng)用，難以實現(xiàn)靈活編程�！彼f。 可解決“存儲墻”問題，大幅提升性能 在劉軼看來，PIM技術(shù)的重要價值在于，其能解決傳統(tǒng)計算機結(jié)構(gòu)存在的“存儲墻”問題。傳統(tǒng)計算機采用的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，需要CPU從內(nèi)存中取出指令并且執(zhí)行，某些指令又需要從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)進行處理，再將結(jié)果寫回內(nèi)存。由于處理器所執(zhí)行的程序和待處理的數(shù)據(jù)都被存在內(nèi)存中，這樣處理器在運行過程中需要頻繁訪問內(nèi)存。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，處理器性能的進步速度逐漸快于內(nèi)存性能。 近30年來，處理器性能每年提升55%，而內(nèi)存訪問速度每年僅提升7%。這使得處理器的處理速度遠遠快于內(nèi)存的讀取速度，直接導(dǎo)致了“存儲墻”的出現(xiàn)，嚴重拖慢了程序執(zhí)行速度。 |
