dark.lord
سه شنبه 16 مهر 1387, 13:44 عصر
عصر روز یکشنبه ی همین هفته در دانشگاه صنعتی ارومیه دکتر فرهاد مهدی پور عضو هیئت علمی دانشگاه کیوشو از ژاپن در رابطه با جدیدترین دست آورد علم کامپیوتر که هم اکنون در مرحله ی نهایی تخقیقات قرار دارد کنفرانسی را ارائه دادند که مشخص می کرد نتیجه ی این تحقیقات در سال 2011 الی 2012 جهان کامپیوتر را دگرگون می سازد؛ که ارائه دهنده ی کنفرانس نیز در این پروژه به عنوان یک متخصص(PHD) مشغول به فعالیت هستند.
همین کنفرانسی که فقط به معرفی اجمالی این تکنولوژی می پرداخت(به دلیل سطح علمی مخاطبان منجمله دانشجویان و استادان)، باعث شد تا تحقیقاتی در این زمینه انجام دهم که خلاصه ای از ابتدای آن چه در دسترس می باشد را در این جا می خوانید :
البته به همان نسبت که این پروژه بزرگ می باشد، دانشگاه ها و شرکت های بزرگی نیز در این زمینه زیر نظر وزارت علوم کشور ژاپن کار می کنند.
که در مجموع می توان از مراکز مهم زیر نام برد :
1.مرکز فناوری اطلاعات دانشگاه ملی یوکوهاما
2. مرکز فناوری اطلاعات دانشگاه ناگویا
3.مرکز فناوری اطلاعات و تحقیقات دانشگاه کیوشو
4.موسسه ی تحقیقاتی فناوری اطلاعات Research Institute for information Technology
5. ابر لابراتوار هدایت کننده ی تحقیقات ISTEC : Superconductivity Research Laboratory
این دانشمندان و متخصصان ژاپنی هم اکنون مشغول کار بر بر روی پروژه ی بزگی با نام SFQ-LSRDP
Large Scale Reconfigurable Data Path Processor Using Single Flux Quantum Circuit می باشند که پایه ی فکری آن مبتنی بر رفع محدودیت های موجود در تکنولوژی CMOS در راستای پردازش داده ها با استفاده از پردازنده هایی است که با معماری SFQ ، مبتنی بر شار تکی کوانتوم ساخته می شوند که با قدرت بالای خود در راستای کارهای تحقیقاتی به خصوص در علوم پایه ای چون شیمی و فیزیک و یا حتی پزشکی و داروسازی قدرت خود را به نمایش می گذارد.
تفاوتی که در معماری SFQ با معماری CMOS وجود دارد، اتفاده از پیوندهای جوزف سون برای ساخت مدارها می باشد.
محدودیت های معماری CMOS که دلیلی بر ارائه یک تکنولوژی جدید می باشند :
1.مصرف بالای جریان الکتریکی
2. ایجا گرمای بسیار زیاد
3.مشکل دیوار حافظه memory wall problem(در هنگام کار با معماری CMOS به محدودیتی برمی خوریم که ناشی از دسترسی نداشتن به حافطه می باشد که به آن مشکل دیوار حافطه می گویند )
که در کارهای تحقیقاتی بزرگ و در ابر کامپیوترها مشکلات بزرگی محسوب می شوند را با استفاده از راه حل هایی که از معماری SFQ حاصل می شوند حل می کنند :
1. تعداد بسیار زیادی ALU با سیستم شبکه شده با قابلیت شکل پذیری (Reconfigurable Network) دخیل در پردازش.
2.هم پردازش موازی(Parallel) و هم مرحله ای (PipeLine) برای سرعت بخشیدن به کار.
3. کاهش دسترسی به حافظه در هنگام پردازش.
4. کاهش گرمای ایجادی با استفاده از منجمد کننده.
در میان این قابلیت ها، شکل پدیری ALU ها در پردازش داده ها بسیار قابل توجه است که در مجموع سبب می شود تا سرعت بخشیدن (Accelerate) به پردازش چندیدن برایر شود(چندین برابر!).
پردازنده های امروزی با استفاده از دستورات پردازشی اصلی مانند چهار عمل اصلی ضرب و جمع و تفریق و تقسیم و XOR و NOT استفاده می کنند که برای سرعت بخشیدن به عمل پردازش از دستورات پردازشی سفارشی نیز کمک می گیرند. برای مثال در برنامه ای مانند یک نرم افزار خاص، یک سری دستورات به صورت بلاک هایی به دفعات اجرا می شوند که اگر بتوانیم الگوریتمی برای بلاک و یا بلاک های مورد نظر پیدا کنیم و آن ها را به صورت سفارشی(cusomize) و سخت افزاری در تراشه ی پردازش گر قرار دهیم، سرعت اجرای برنامه به نسبت زیادی بالا می رود. ام مشکل کنونی این روش ساخت تراشه ها و مدارها است که برای هر برنامه تراشه ی خاصی باید طراحی و ساخته شود که خود مستلزم هزینه و زمان زیادی است که این مشکل در کارهای تحقیاتی نمود بسیاری دارد. برای مثال نمود این هزینه ی گزاف زمانی است که فرمول های بسیار پیچیده و زمان بری را برای ده ها قسمت از یک محاسبه ی نجومی به کار می برند؛ که بایستی برای هر قسمت هزینه و زمان زیادی را صرف کنید. این یعنی کندی در اجرای پروژه حتی با وجود سرعت بخشیدن به پردازش ها!
راه حل این کار جایی است که تراشه هایی ظراحی می شوند که با قابلیت شکل پذیری بالا می توانند پردازش های سفارشی را ثبت و در صورت لزوم بدون تغییر در معماری سخت افزاری خود آن ها را تغییر دهند. این یعنی سرعت بخشیدن به سرعت کار!
نکته ی دیگری که جلب توجه می کند کاهش دسترسی به حافظه است. که با کمک پردازش ورودی های رشته ای با حجم بالا(256GB/s) می باشد که پهنای باند مموری در قسمت ورودی با استفاده از 16 کانال 16GB/s تامین می شود(16GB/s*16chanel) البته خود این امر مسلزم وجود حافظه های قوی و سریع (Powerful Memory) با حجمی در حدود 2TB(دو ترابایت) می باشد(128GB*16module)؛ که این یعنی تکنولوژی مورد استفاده ی امروزی در مراکز بزرگ علمی جواب گوی این سخت افزار نیستند و همین امر سبب می شود تا علاوه بر طراحی و ساخت شتاب دهنده ی پردازشی، طراحی و ساخت چنین حافظه هایی نیز در این پروژه گنجانده شود.
شایستگی این پروژه تا بدان جاست که دگرگونی جهان کامپیوتر را سبب خواهد شد.
همین کنفرانسی که فقط به معرفی اجمالی این تکنولوژی می پرداخت(به دلیل سطح علمی مخاطبان منجمله دانشجویان و استادان)، باعث شد تا تحقیقاتی در این زمینه انجام دهم که خلاصه ای از ابتدای آن چه در دسترس می باشد را در این جا می خوانید :
البته به همان نسبت که این پروژه بزرگ می باشد، دانشگاه ها و شرکت های بزرگی نیز در این زمینه زیر نظر وزارت علوم کشور ژاپن کار می کنند.
که در مجموع می توان از مراکز مهم زیر نام برد :
1.مرکز فناوری اطلاعات دانشگاه ملی یوکوهاما
2. مرکز فناوری اطلاعات دانشگاه ناگویا
3.مرکز فناوری اطلاعات و تحقیقات دانشگاه کیوشو
4.موسسه ی تحقیقاتی فناوری اطلاعات Research Institute for information Technology
5. ابر لابراتوار هدایت کننده ی تحقیقات ISTEC : Superconductivity Research Laboratory
این دانشمندان و متخصصان ژاپنی هم اکنون مشغول کار بر بر روی پروژه ی بزگی با نام SFQ-LSRDP
Large Scale Reconfigurable Data Path Processor Using Single Flux Quantum Circuit می باشند که پایه ی فکری آن مبتنی بر رفع محدودیت های موجود در تکنولوژی CMOS در راستای پردازش داده ها با استفاده از پردازنده هایی است که با معماری SFQ ، مبتنی بر شار تکی کوانتوم ساخته می شوند که با قدرت بالای خود در راستای کارهای تحقیقاتی به خصوص در علوم پایه ای چون شیمی و فیزیک و یا حتی پزشکی و داروسازی قدرت خود را به نمایش می گذارد.
تفاوتی که در معماری SFQ با معماری CMOS وجود دارد، اتفاده از پیوندهای جوزف سون برای ساخت مدارها می باشد.
محدودیت های معماری CMOS که دلیلی بر ارائه یک تکنولوژی جدید می باشند :
1.مصرف بالای جریان الکتریکی
2. ایجا گرمای بسیار زیاد
3.مشکل دیوار حافظه memory wall problem(در هنگام کار با معماری CMOS به محدودیتی برمی خوریم که ناشی از دسترسی نداشتن به حافطه می باشد که به آن مشکل دیوار حافطه می گویند )
که در کارهای تحقیقاتی بزرگ و در ابر کامپیوترها مشکلات بزرگی محسوب می شوند را با استفاده از راه حل هایی که از معماری SFQ حاصل می شوند حل می کنند :
1. تعداد بسیار زیادی ALU با سیستم شبکه شده با قابلیت شکل پذیری (Reconfigurable Network) دخیل در پردازش.
2.هم پردازش موازی(Parallel) و هم مرحله ای (PipeLine) برای سرعت بخشیدن به کار.
3. کاهش دسترسی به حافظه در هنگام پردازش.
4. کاهش گرمای ایجادی با استفاده از منجمد کننده.
در میان این قابلیت ها، شکل پدیری ALU ها در پردازش داده ها بسیار قابل توجه است که در مجموع سبب می شود تا سرعت بخشیدن (Accelerate) به پردازش چندیدن برایر شود(چندین برابر!).
پردازنده های امروزی با استفاده از دستورات پردازشی اصلی مانند چهار عمل اصلی ضرب و جمع و تفریق و تقسیم و XOR و NOT استفاده می کنند که برای سرعت بخشیدن به عمل پردازش از دستورات پردازشی سفارشی نیز کمک می گیرند. برای مثال در برنامه ای مانند یک نرم افزار خاص، یک سری دستورات به صورت بلاک هایی به دفعات اجرا می شوند که اگر بتوانیم الگوریتمی برای بلاک و یا بلاک های مورد نظر پیدا کنیم و آن ها را به صورت سفارشی(cusomize) و سخت افزاری در تراشه ی پردازش گر قرار دهیم، سرعت اجرای برنامه به نسبت زیادی بالا می رود. ام مشکل کنونی این روش ساخت تراشه ها و مدارها است که برای هر برنامه تراشه ی خاصی باید طراحی و ساخته شود که خود مستلزم هزینه و زمان زیادی است که این مشکل در کارهای تحقیاتی نمود بسیاری دارد. برای مثال نمود این هزینه ی گزاف زمانی است که فرمول های بسیار پیچیده و زمان بری را برای ده ها قسمت از یک محاسبه ی نجومی به کار می برند؛ که بایستی برای هر قسمت هزینه و زمان زیادی را صرف کنید. این یعنی کندی در اجرای پروژه حتی با وجود سرعت بخشیدن به پردازش ها!
راه حل این کار جایی است که تراشه هایی ظراحی می شوند که با قابلیت شکل پذیری بالا می توانند پردازش های سفارشی را ثبت و در صورت لزوم بدون تغییر در معماری سخت افزاری خود آن ها را تغییر دهند. این یعنی سرعت بخشیدن به سرعت کار!
نکته ی دیگری که جلب توجه می کند کاهش دسترسی به حافظه است. که با کمک پردازش ورودی های رشته ای با حجم بالا(256GB/s) می باشد که پهنای باند مموری در قسمت ورودی با استفاده از 16 کانال 16GB/s تامین می شود(16GB/s*16chanel) البته خود این امر مسلزم وجود حافظه های قوی و سریع (Powerful Memory) با حجمی در حدود 2TB(دو ترابایت) می باشد(128GB*16module)؛ که این یعنی تکنولوژی مورد استفاده ی امروزی در مراکز بزرگ علمی جواب گوی این سخت افزار نیستند و همین امر سبب می شود تا علاوه بر طراحی و ساخت شتاب دهنده ی پردازشی، طراحی و ساخت چنین حافظه هایی نیز در این پروژه گنجانده شود.
شایستگی این پروژه تا بدان جاست که دگرگونی جهان کامپیوتر را سبب خواهد شد.