De implementatie van hardware-versnellers verbetert de rekenkracht van een systeem aanzienlijk door specifieke, computationeel intensieve taken van de algemene CPU te ontladen tot gespecialiseerde hardware-eenheden die zijn ontworpen voor die taken. Dit leidt tot verschillende belangrijke effecten op systeemprestaties en efficiëntie:
** 1. Verhoogde prestaties door parallellisme en specialisatie
Versnels worden ontworpen om bepaalde bewerkingen veel sneller uit te voeren dan CPU's door parallellisme en gespecialiseerde circuits te exploiteren. Hardware -cryptografische versnellers kunnen bijvoorbeeld veel cryptografische bewerkingen tegelijkertijd verwerken, waardoor taken veel sneller worden voltooid dan een CPU die ze opeenvolgend behandelt. Deze specialisatie stelt versnellers in staat om dramatische versnellingen te leveren voor hun doelworkloads, waardoor de prestaties vaak worden verbeterd door ordes van grootte in vergelijking met CPU-alleen-uitvoering [8] [5] [7].
** 2. Verbeterde energie -efficiëntie
In tegenstelling tot de traditionele overtuiging dat het toevoegen van hardware het stroomverbruik verhoogt, kunnen zorgvuldig ontworpen versnellers de algehele systeemkracht verminderen. Dit komt omdat versnellers efficiënter kan worden uitgevoerd, waardoor minder klokcycli nodig zijn en het systeem op lagere klokfrequenties kan uitvoeren met behoud of verbetering van de prestaties. Bijvoorbeeld, het toevoegen van versnellers aan een ingebed systeem verminderde de uitvoeringscycli bijna 90-voudig en verlaagde het stroomverbruik aanzienlijk, soms tot minder dan een vijfde van het CPU-alone vermogen, door lagere bedrijfsfrequenties en efficiëntere berekening mogelijk te maken [5].
** 3. CPU -werklast afbeladen en complexere applicaties inschakelen
Door gespecialiseerde taken te verwerken, zoals cryptografische verwerking, matrixvermenigvuldiging of inferentie van machine learning, bevrijden versnellers de CPU vrij om zich te concentreren op andere systeemfuncties. Dit ontladen verhoogt niet alleen de algehele doorvoer, maar maakt ook de integratie van meer geavanceerde functies en complexe applicaties mogelijk zonder de hoofdprocessor te overbelasten [8].
** 4. Flexibiliteit en aanpassingsvermogen in systeemontwerp
Sommige versnellers, zoals FPGA's, bieden zowel hoge rekenkracht als energie -efficiëntie, waardoor ze geschikt zijn voor flexibele versnellingstaken aan de rand van netwerken. Door Accelerators te implementeren, kunnen systemen worden afgestemd op specifieke workloads, het effectief in evenwicht brengen van prestaties, stroom en kostenbeperkingen [4] [5].
** 5. Uitdagingen en management op systeemniveau
De heterogeniteit geïntroduceerd door versnellers vereist zorgvuldige systeem- en besturingssysteemondersteuning om middelen efficiënt toe te wijzen en taken te plannen. Goed beheer zorgt ervoor dat versnellers optimaal worden gebruikt, waardoor hun prestatievoordelen worden gemaximaliseerd met behoud van systeemstabiliteit en vermogensefficiëntie [7].
** 6. Vermindering van gegevensbeweging en communicatie -overheadkosten
In versnellers die zijn ontworpen voor taken zoals matrixvermenigvuldiging, verminderen on-chip gegevens hergebruik en efficiënte buffering de behoefte aan frequente gegevensoverdracht tussen geheugen- en verwerkingselementen, waardoor bandbreedte knelpunten en energiekosten geassocieerd met gegevensbeweging worden geminimaliseerd [10].
Samenvattend, de implementatie van versnellers verbetert de rekenkracht van een systeem door snellere, meer energiezuinige uitvoering van gespecialiseerde taken mogelijk te maken, CPU-bronnen te bevrijden en complexere en veeleisende workloads mogelijk te maken. Dit resulteert in significante prestatiewinsten en vermogensbesparingen, vooral belangrijk in ingebedde, rand- en krachtige computeromgevingen [4] [5] [7] [8] [10].
Citaten:
[1] https://www.ultralytics.com/blog/understanding-the-impact-of-compute-power-on-ai-innovations
[2] https://premioinc.com/blogs/blog/performance-accelerators-in-the-context-computing-hardware
[3] http://www.dre.vanderbilt.edu/~gokhale/www/papers/hotedge20_hwaccelreco.pdf
[4] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s006524582300075x
[5] https://cdrdv2-public.intel.com/650470/wp-01112-hw-reduce-power.pdf
[6] https://www.usenix.org/system/files/osdi24-ma-jiacheng.pdf
[7] https://scail.cs.wisc.edu/papers/hotpar12_rinnegan.pdf
[8] https://www.appviewx.com/blogs/hardware-cryptographic-accelerators-to-enhance-security-witout-sleating Down/
[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/