4.1 Мультипроцессорные решения задач сервисного обслуживания

В последнее время наблюдается смещение рыночных акцентов от персональных компьютеров в сторону планшетов и других гаджетов, имеющих входом и выходом киберпространство в виде Internet. Подтверждением тому может служить уменьшение уровней продаж компьютеров пятеркой ведущих компаний планеты, рис.4.1.

Рис. 4.1. Снижение уровня продаж персональных компьютеров

Это также означает повышение роли специализированных энергосберегающих и компактных цифровых изделий на кристаллах на рынке микроэлектроники. С другой стороны рынку необходимы и суперкомпьютеры, обладающие энергосберегающими технологиями. В данном ключе рассматриваются интересные мультипроцессорные решения, которые способны не только иметь высокий уровень распараллеливания, но и оптимальность энергозатрат, соизмеримых с вычислительной сложностью решения конкретной задачи, но не более того. Для этого компании создают новые инфраструктуры энергопригодности, управляющие и наблюдающие процессами энергопотребления каждой функциональности или ядра вычислительного изделия. Таким образом, новым возмущающим средства верификации фактором является измерение качества проектирования – энергосбережение. Актуальность его применения в цифровых изделиях имеет следующие корни: 1) микроминиатюризация вычислительных изделий, требующая наличия аккумуляторов или батарей; 2) Повышение времени функционирования изделия за счет увеличения энергоемкости батарей или снижения энергопотребления; 3) Уменьшение тактовой частоты цифровых изделий и/или напряжения питания, а также количества переключений в цифровом устройстве при выполнении функциональности; 4) Разбиение цифрового изделия на функционально законченные ядра (IP-cores), не зависящие от параметров частоты и уровней напряжения других модулей; 5) Создание системы управляемых буферных модулей (межмодульных интерфейсов), способных трансформировать уровни напряжения и частоты, минимизирующие энергопотребление блока; 6) Обеспечение функциональных модулей несколькими уровнями электропитания от максимального значения при требовании высокого быстродействия выполнения операций до полного отключения питания, если блок не используется на временном интервале; 7) Определение целевого функционала цифрового изделия в форме гиперповерхности, заданной тремя измерениями (мощность энергопотребления, время выполнения функциональности или таковая частота, дополнительные аппаратурные и временные затраты для реализации системы управления энергопотреблением); 8) Создание управляющего автомата, обеспечивающего выполнение функции цели – точка гиперповерхности – в каждом временном интервале; 9) Создание инфраструктуры энергопотребления цифровых блоков системы на кристалле, обеспечивающей оптимальные уровни напряжения и частоты, включающей ассерции наблюдения в качестве переменных логических функций управления режимами; 10) Разработка унифицированного интерфейсного модуля для наблюдения управления функциональным блоком (IP-core); 11) Разработка инфраструктуры тестирования и верификации системы управления энергосбережением цифрового изделия.

Что касается мультипроцессорности вычислителей. На конференции DATE 2011 прозвучало сообщение о создании мульти-процессора (1 млн. ядер) в рамках биологически инспирированной структуры компьютера. Это топ-разработка сегодняшнего дня. Первые мультипроцессоры создавались для решения сверхсложных задач, стоящих перед человеческим сообществом. Сегодня SoC технологии дают возможность создавать мультипроцессор на кристалле, а также реализовывать MPSoCs на нескольких кристаллах. Рынок обеспокоен тем, что коммодизация параллелизма на частоте 2ГГц создает проблемы в части энергопотребления. Альтернатива маломощный профиль Centrino создает аналогичные вычислительные мощности для ноутбуков и мобильных компьютеров. Сейчас компании IBM, Sun, Intel, и AMD создают все продукты как многоядерные. Вслед за универсальными задачами, мультипроцессоры становятся востребованными для решения специальных задач, прежде всего проектирования цифровых систем на основе использования языков системного уровня, таких как SystemC и SystemVerilog, где модели, симуляторы и инструменты представлены на уровне транзакций. Тем не менее, использование многоядерных процессоров и гетерогенных платформ доходит и до компаний EDA (Motorola Zoom, Apple, iPad2, Galaxy Samsung).

Актуальность многоядерности и неоднородности (специализации) для эффективного решения практических задач является сегодня более выраженной, чем когда-либо. Такие решения особенно интересны с позиции создания энергосберегающих технологий и изделий. Здесь специализация дает возможность находить интересные решения за счет уменьшения тактовой частоты, повышения структурной сложности, динамического (энергосберегающие процессы) и статического (энергосберегающие структуры) энергосбережения. Новую жизнь начинает Hazard Detection как технология анализа паразитных переключений, которые необходимо устранять путем усложнения структуры проекта. Важным становится создание библиотек как позитивных, так и негативных решений на уровне HDL-кода проекта, использование в цифровых автоматах, где это возможно, кода Грэя. Получение новых решений для ПЛИС, где наблюдается 60% падение электроэнергии на межсоединениях, которые создают до 90% площади кристалла. В общем случае распределение энергии внутри кристалла делится на clock – 30%, Memory – 30% и logic – 40%. Зависимость энергии от параметров определяется формулой: E=CV2fq, где упоминаются параметры: емкость, напряжение, тактовая частота и переключений. Тем не менее, получение точных критериев для конкретного виду технологий и устройств есть большая и актуальная проблема.