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今日のコンピューティングの世界では、異質なコンピューティングが徐々に主流になりつつあります。このテクノロジーは、パフォーマンスとエネルギー効率を向上させるために設計された、さまざまな種類のプロセッサまたはコアを利用しています。システム設計が進化するにつれて、過去の課題と機会は、これらの新しいコンピューティングアーキテクチャへの対処方法に依然として依存しています。
不均一なコンピューティングシステムのコアコンセプトは、同じタイプのプロセッサを追加するだけでなく、特殊な処理機能を備えた不均一なコポロセッサーを追加することにより、パフォーマンスの改善を実現することです。
不均一な計算の背景
不均一なコンピューティングシステムには通常、異なる命令セットアーキテクチャ（ISA）が含まれます。この異質性は、マイクロアーキテクチャの違いだけでなく、設計モデルとコンピューティングモデルの再構築にも反映されます。最新の不均一システムアーキテクチャ（HSA）は、マルチプロセッサタイプを使用するときにユーザーの累積性を排除し、CPUとGPUが同じチップで効率的に動作できるようにします。これにより、一般的なGPUは数学的計算を実行し、CPUがオペレーティングシステムと従来のシリアルタスクを担当することができます。
複数のISAによってもたらされる多様性を活用することは、同じISAの最適な均一なアーキテクチャ（EDP）よりも21％のパフォーマンスを持ち、23％のエネルギーを節約します。 。
不均一なCPUトポロジ
不均一なCPUトポロジでは同じISAが使用されていますが、コア間の速度と性能の違いは、システム全体のパフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。ここでは、コアは通常、高性能コア（通常は「大きなコア」と呼ばれる）とよりエネルギー効率の高いコア（「小さなコア」と呼ばれる）に分割されます。このトポロジーは、特にモバイルシステムのアプリケーションで、より良いエネルギー効率を提供するためによく使用されます。
不均一コンピューティングの課題
不均一なコンピューティングシステムは潜在的なパフォーマンスの向上を提供しますが、従来の均質なシステムでは一般的ではない多くの課題も提示します。主な課題のいくつかを以下に示します：
- さまざまな命令セットアーキテクチャがバイナリの非互換性を引き起こします。
- 異なるアプリケーションバイナリインターフェイス（ABI）は、さまざまな方法でメモリを解釈する場合があります。
- オープンアプリケーションプログラミングインターフェイス（API）は、すべてのコンピューティングコンポーネントで使用できない場合があります。
- メモリインターフェイスとレベルの違いは、メモリアクセスの不均一性につながる可能性があります。
- さまざまなプロセッサには、さまざまな開発ツールが必要であるため、ソフトウェア開発の複雑さが向上します。
- データの分割は大きな課題になり、複雑なコンピューティングシステムに関しては、この問題はNPの完全な問題であることさえ証明しています。
実用的なケースとアプリケーション
異種コンピューティングハードウェアは、ハイエンドサーバーからスマートフォンやタブレットなどの低電力組み込みデバイスまで、広範囲のコンピューティングフィールドに及びます。たとえば、多くの新しいプロセッサには、SATA、PCI、イーサネット、USBなど、他のデバイスとインターフェイスするためのロジックが組み込まれています。さらに、GPUや暗号化コポロセッサなど、多数のハードウェアアクセラレータがあり、不均一なシステムの適用がより広範囲になります。
たとえば、ARMのBig.little Technologyは、エネルギー効率を改善する効果を実現するために、高性能の高出力コアと低電力の低速コアを組み合わせています。
楽しみにしています
テクノロジーが進歩し続けるにつれて、不均一なコンピューティングシステムの可能性は拡大し続けています。しかし、不均一なコンピューティングの課題を解決したい場合は、さまざまなコンピューティングコンポーネントをより効果的に統合し、プログラム設計モデルを改善し、プログラミングの透明性を改善する方法を考えなければなりません。将来的には、テクノロジーが人間に役立つように、不均一なコンピューティングによってもたらされる機会と課題にどのように立ち向かうべきですか？
