rss Twitter Добавить виджет на Яндекс
Реклама:
     
 

Технологичное торможение/Многоядерные процессоры — это не всегда быстро

Оказывается, увеличение количества ядер процессора лишь до определенного предела положительно влияет на повышение производительности системы, особенно в сложных приложениях. К такому выводу пришли в результате исследований американские специалисты из Sandia National Laboratories.
Сегодня все еще можно услышать сомнения в целесообразности использования многоядерной технологии рядовыми пользователями, ведь большинству людей необходимы такие офисные или мультимедийные приложения, с которыми справится и одноядерный процессор. Однако ситуация является таковой до тех пор, пока нам не понадобится существенный прирост производительности, и, к сожалению, простым подъемом тактовой частоты одного процессора здесь проблему не решить, поэтому многоядерная технология выглядит гораздо более перспективной.

«Тактовая частота процессоров в последнее время растет очень медленно, и тому есть объяснения. Увеличенный расход энергии, повышение максимальной температуры, а также другие, основанные на законах физики, явления делают нерациональным развитие этого направления», — говорит РБК daily Александр Антонов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского вычислительного центра МГУ им. М.В. Ломоносова.

На заре зарождения эпохи суперкомпьютеров американский инженер-электронщик Сеймур Крей создал чип, который обрабатывал информацию быстрее, чем все существующие на тот момент процессоры. Тогда это доказало, что самый обычный процессор, но только настроенный особым образом, мог работать быстрее самого суперсовременного чипа того времени. Нужно лишь запрограммировать его так, чтобы он работал с разными частями обрабатываемого процесса одновременно: параллельное выполнение разных частей задачи может сократить общее время обработки.

Производители процессоров учли этот момент и один за другим стали предлагать потребителям многоядерные технологии. Но здесь проявился другой фактор, который явился следствием недостаточной разработки «околопроцессорной» инфраструктуры — не уделили должного внимания взаимодействию процессора с памятью.

В рамках своих исследований команда Sandia National Laboratories смоделировала основные алгоритмы процесса поиска информации в больших массивах данных. Существенный прирост скорости обработки данных произошел при увеличении количества ядер с двух до четырех. Дальнейшее увеличение числа ядер до восьми также продемонстрировало увеличение производительности, но на этот раз совсем незначительное. Следующее же увеличение и последовательное доведение числа ядер до шестнадцати привело к снижению производительности — результаты тестов показали, что 16-ядерный процессор обрабатывает информацию на скорости двухъядерного! Такие на первый взгляд странные результаты объясняются недостаточной пропускной способностью шины памяти.

Для перевода на «человеческий язык» результатов своих тестов специалисты Sandia National Laboratories прибегли к помощи аналогии с супермаркетом. Представьте, что вместо одного сотрудника на кассе вас обслуживают двое: один пробивает чек, тогда как другой занимается упаковкой ваших продуктов. Если покупок много, то четыре сотрудника справятся еще быстрее: один оформляет, трое упаковывают. Но если их количество возрастет до восьми, а хуже того — до шестнадцати, вот тогда производительность труда сотрудников резко снизится, поскольку они будут мешать друг другу в попытке получить возможность упаковать ваши вещи.

Согласно компьютерному моделированию ограничение на доступ к кэш-памяти начинает серьезно сказываться на производительности в сторону ее уменьшения, как только количество ядер превысит восемь. Напомним, что кэш-память — это запоминающее устройство небольшого объема, но очень высокого быстродействия, которое используется при передаче данных от быстрого процессора к более медленной памяти. Разницу в скорости компенсирует способность кэш-памяти «предвидеть» потенциально активные процессы и загружать их для дальнейшего оперативного доступа.

Система обмена информацией между процессорными ядрами и памятью выглядит следующим образом: каждое ядро по мере необходимости отправляет запрос памяти, и при наличии свободного канала передачи данных начинается обмен информацией. Следующему обратившемуся ядру уже придется занимать не весь объем канала, а за вычетом объема первого запроса. Следующему — еще меньше. И вот, наконец, наступит такой момент, когда обратившееся ядро получит отказ на доступ к памяти, так как свободных ресурсов на момент запроса не будет. Получается, что, несмотря на наличие большого количества ядер, многие из них вынуждены простаивать, ограниченные неспособностью памяти получить информацию от них всех одновременно по одному каналу связи.

«Подобная проблема всегда была в SMP-системах, то есть в тех системах, где несколько процессоров работают с общей памятью. Однако это именно проблема работы по одной шине, которая в ближайшем будущем найдет свое решение и перестанет тормозить увеличение количества ядер», — комментирует РБК daily Павел Телегин, заведующий отделом Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН.

Американские исследователи соглашаются, что проблемная ситуация не нова и в некоторых случаях недостаточная пропускная способность памяти ограничивала эффективность использования системы даже при работе с одним-единственным ядром. Однако это чаще всего игнорировалось, а производители процессоров просто предпочитали не думать о проблемах, поскольку переоценивали исключительную пользу от развития многоядерных систем. В результате на данный момент не существует промышленного решения, способного обойти найденное затруднение.

Впрочем, не стоит излишне драматизировать ситуацию — теоретические наработки для увеличения пропускной способности есть сейчас и были еще год назад. Теперь пришла пора им реализоваться на практике. Тогда вполне возможно, что многоядерная технология оживит закон Мура, который гласит, что «число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца». Кстати, второй закон Мура указывает на то, что стоимость фабрик по производству микросхем также экспоненциально возрастает с усложнением производимой продукции.

Игорь Речменский

Источник: RBCdaily (http://www.rbcdaily.ru)

Рубрики: Рынок ПК, Оборудование

Ключевые слова: сервер, server, Cisco, Intel, оборудование

наверх
 
 
     

А знаете ли Вы что?

     
 

NNIT.RU: последние новости Нижнего Новгорода и Поволжья

16.05.2024 Несанкционированный доступ к системам стал ключевой киберу-грозой для компаний

18.04.2024 В России на 30% вырос спрос на ИБ-специалистов, умеющих работать с искусственным интеллектом

MSKIT.RU: последние новости Москвы и Центра

ITSZ.RU: последние новости Петербурга