การปรับใช้ตัวเร่งความเร็วมีผลต่อพลังการคำนวณของระบบอย่างไร

** 1. ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นผ่านการขนานและความเชี่ยวชาญ
เครื่องเร่งความเร็วได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อดำเนินการโดยเฉพาะเร็วกว่าซีพียูโดยใช้ประโยชน์จากความเท่าเทียมและวงจรเฉพาะ ตัวอย่างเช่นเครื่องเร่งความเร็วการเข้ารหัสลับของฮาร์ดแวร์สามารถประมวลผลการเข้ารหัสหลายครั้งพร้อมกันทำงานให้เสร็จเร็วกว่า CPU ที่จัดการกับพวกเขาตามลำดับ ความเชี่ยวชาญนี้ช่วยให้ตัวเร่งความเร็วสามารถส่งมอบการเร่งความเร็วอย่างมากสำหรับภาระงานเป้าหมายของพวกเขาซึ่งมักจะปรับปรุงประสิทธิภาพตามคำสั่งของขนาดเมื่อเทียบกับการดำเนินการ CPU เท่านั้น [8] [5] [7]

** 2. ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
ตรงกันข้ามกับความเชื่อแบบดั้งเดิมว่าการเพิ่มฮาร์ดแวร์จะเพิ่มการใช้พลังงานเครื่องเร่งความเร็วที่ออกแบบอย่างระมัดระวังสามารถลดพลังงานโดยรวมได้ นี่เป็นเพราะตัวเร่งความเร็วสามารถดำเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นต้องการรอบนาฬิกาน้อยลงและช่วยให้ระบบทำงานที่ความถี่นาฬิกาที่ต่ำกว่าในขณะที่ยังคงรักษาหรือปรับปรุงประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่นการเพิ่มตัวเร่งความเร็วลงในระบบฝังตัวลดรอบการดำเนินการเกือบ 90 เท่าและลดการใช้พลังงานอย่างมีนัยสำคัญบางครั้งเป็นน้อยกว่าหนึ่งในห้าของพลังงาน CPU-alone โดยเปิดใช้งานความถี่ในการทำงานที่ต่ำกว่าและการคำนวณที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น [5]

** 3. การขนถ่ายเวิร์กโหลด CPU และเปิดใช้งานแอปพลิเคชันที่ซับซ้อนมากขึ้น
โดยการจัดการงานพิเศษเช่นการประมวลผลการเข้ารหัสการคูณเมทริกซ์หรือการอนุมานการเรียนรู้ของเครื่องช่วยเร่งความเร็วให้กับ CPU เพื่อมุ่งเน้นไปที่ฟังก์ชั่นระบบอื่น ๆ การถ่ายภาพนี้ไม่เพียง แต่ช่วยเพิ่มปริมาณงานโดยรวม แต่ยังช่วยให้สามารถรวมคุณสมบัติขั้นสูงและแอปพลิเคชันที่ซับซ้อนได้โดยไม่ต้องใช้โปรเซสเซอร์หลักมากเกินไป [8]

** 4. ความยืดหยุ่นและการปรับตัวในการออกแบบระบบ
เครื่องเร่งความเร็วบางอย่างเช่น FPGAs มีทั้งพลังงานการคำนวณสูงและประสิทธิภาพการใช้พลังงานทำให้เหมาะสำหรับงานเร่งความเร็วที่ยืดหยุ่นที่ขอบเครือข่าย การปรับใช้เร่งความเร็วช่วยให้ระบบได้รับการปรับแต่งสำหรับปริมาณงานเฉพาะการปรับสมดุลประสิทธิภาพพลังงานและข้อ จำกัด ด้านต้นทุนอย่างมีประสิทธิภาพ [4] [5]

** 5. ความท้าทายและการจัดการระดับระบบ
ความหลากหลายที่แนะนำโดยตัวเร่งความเร็วนั้นต้องการระบบที่ระมัดระวังและการสนับสนุนระบบปฏิบัติการเพื่อจัดสรรทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพและกำหนดเวลางาน การจัดการที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ว่าเครื่องเร่งความเร็วจะถูกนำมาใช้อย่างดีที่สุดเพิ่มประโยชน์ประสิทธิภาพสูงสุดในขณะที่รักษาเสถียรภาพของระบบและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน [7]

** 6. การลดการเคลื่อนไหวของข้อมูลและค่าใช้จ่ายในการสื่อสาร
ในเครื่องเร่งความเร็วที่ออกแบบมาสำหรับงานเช่นการคูณเมทริกซ์การใช้ข้อมูลบนชิปซ้ำและการบัฟเฟอร์ที่มีประสิทธิภาพช่วยลดความจำเป็นในการถ่ายโอนข้อมูลบ่อยครั้งระหว่างหน่วยความจำและองค์ประกอบการประมวลผลลดปัญหาคอขวดแบนด์วิดท์และต้นทุนพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของข้อมูล [10]

โดยสรุปการปรับใช้ตัวเร่งความเร็วช่วยเพิ่มพลังการคำนวณของระบบโดยการเปิดใช้งานการดำเนินงานเฉพาะอย่างรวดเร็วและประหยัดพลังงานมากขึ้นการปลดปล่อยทรัพยากร CPU และช่วยให้เวิร์กโหลดที่ซับซ้อนและต้องการมากขึ้น สิ่งนี้ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเพิ่มประสิทธิภาพและการประหยัดพลังงานอย่างมีนัยสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมการคำนวณที่ฝังอยู่ขอบและประสิทธิภาพสูง [4] [5] [7] [8] [10]

การอ้างอิง:
[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-of-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-without-slowing-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/