يعزز نشر مسرعات الأجهزة بشكل كبير الطاقة الحسابية للنظام عن طريق إلغاء تحميل المهام المحددة المكثفة من الناحية الحسابية من وحدة المعالجة المركزية للأغراض العامة إلى وحدات الأجهزة المتخصصة المصممة لتلك المهام. هذا يؤدي إلى العديد من التأثيرات الرئيسية على أداء النظام وكفاءته:
** 1. زيادة الأداء من خلال التوازي والتخصص
تم تصميم مسرعات لتنفيذ عمليات معينة بشكل أسرع بكثير من وحدات المعالجة المركزية عن طريق استغلال التوازي والدوائر المتخصصة. على سبيل المثال ، يمكن لرسومات تشفير الأجهزة معالجة العديد من عمليات التشفير في وقت واحد ، مع إكمال المهام بسرعة أكبر بكثير من وحدة المعالجة المركزية التي تعالجها بالتتابع. يتيح هذا التخصص أن يسجل المسجلون تسرعًا دراماتيكيًا لأعباء العمل المستهدفة ، وغالبًا ما يحسن الأداء بأوامر من حيث الحجم مقارنة بالتنفيذ (8] [5] [5].
** 2. تحسين كفاءة الطاقة
على عكس الاعتقاد التقليدي بأن إضافة الأجهزة يزيد من استهلاك الطاقة ، يمكن للمعجلات المصممة بعناية أن تقلل من طاقة النظام الإجمالية. وذلك لأن المسرحيين يمكنهم أداء العمليات بشكل أكثر كفاءة ، مما يتطلب دورات ساعة أقل والسماح للنظام بالتشغيل عند ترددات الساعة المنخفضة مع الحفاظ على الأداء أو تحسينه. على سبيل المثال ، أدت إضافة مسرعات إلى نظام تنفيذ إلى انخفاض دورات التنفيذ إلى ما يقرب من 90 أضعاف وتخفيض استهلاك الطاقة بشكل كبير ، وأحيانًا إلى أقل من خمسة من طاقة وحدة المعالجة المركزية ، عن طريق تمكين ترددات التشغيل المنخفضة والحساب الأكثر كفاءة [5].
** 3. تفريغ عبء عمل وحدة المعالجة المركزية وتمكين تطبيقات أكثر تعقيدًا
من خلال التعامل مع المهام المتخصصة مثل معالجة التشفير ، أو تكاثر المصفوفة ، أو استنتاج التعلم الآلي ، فإن التسارع يفرغ من وحدة المعالجة المركزية للتركيز على وظائف النظام الأخرى. هذا التفريغ لا يعزز الإنتاجية الإجمالية فحسب ، بل يتيح أيضًا تكامل الميزات الأكثر تقدماً والتطبيقات المعقدة دون التغلب على المعالج الرئيسي [8].
** 4. المرونة والقدرة على التكيف في تصميم النظام
توفر بعض المعجلين ، مثل FPGAs ، كلاً من الطاقة الحسابية والكفاءة في الطاقة ، مما يجعلها مناسبة لمهام التسارع المرنة على حافة الشبكات. يتيح نشر المسرعات أن تكون مصممة للأنظمة لأعباء عمل محددة ، وموازنة الأداء ، والطاقة ، وقيود التكلفة بفعالية [4] [5].
** 5. التحديات وإدارة مستوى النظام
يتطلب عدم التجانس الذي تم تقديمه من قِبل المعجلات نظامًا دقيقًا ونظام التشغيل دعمًا لتخصيص الموارد بكفاءة وجدولة المهام. تضمن الإدارة المناسبة استخدام المسرعات على النحو الأمثل ، مما يزيد من مزايا الأداء مع الحفاظ على استقرار النظام وكفاءة الطاقة [7].
** 6. الحد من حركة البيانات والنفقات العامة للاتصال
في المسرعات المصممة لمهام مثل تكاثر المصفوفة وإعادة استخدام البيانات على الرقاقة وتخزين المؤسسة الفعالة تقلل من الحاجة إلى نقل البيانات المتكررة بين عناصر الذاكرة وعناصر المعالجة ، مما يقلل من اختناقات النطاق الترددي وتكاليف الطاقة المرتبطة بحركة البيانات [10].
باختصار ، يعزز نشر المسرعات القوة الحسابية للنظام من خلال تمكين تنفيذ مهام متخصصة بشكل أسرع وأكثر كفاءة في الطاقة ، وتحرير موارد وحدة المعالجة المركزية ، والسماح بأحمال عمل أكثر تعقيدًا وتطلبًا. ينتج عن هذا مكاسب كبيرة في الأداء وتوفير الطاقة ، وخاصة أهمية في بيئات الحوسبة المضمنة والحافة وعالية الأداء [4] [5] [7] [8] [10].
الاستشهادات:
[1] https://www.ultralytics.com/blog/undergening-the-upact-of-compute-power-on-ai-innovations
[2] https://premioinc.com/blogs/blog/performance-accelerators-in-the-context-of-computing-hardware
[3]
[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s006524582300075x
[5] https://cdrdv2-public.intel.com/650470/wp-01112-hw-dreduce-power.pdf
[6] https://www.usenix.org/system/files/osdi24-ma-jiacheng.pdf
[7] https://scail.cs.wisc.edu/papers/hotpar12_rinnegan.pdf
[8]
[9] https://publications.ics.forth.gr/tech-reports/2018/2018.tr473_accelerator_deployment_models_heterogeneous_processing.pdf
[10] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11767631/