健谈的计算机芯片

为更好的并行处理重新设计计算机芯片。
2019年7月16日

采访

Alex Chadwick,剑桥大学

COMPUTER_CHIP

蓝色计算机芯片

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在过去的几十年里,计算能力有了巨大的飞跃。为了告诉我们这是如何实现的,以及为什么计算机会变得更强大,克里斯·史密斯采访了剑桥大学的亚历克斯·查德威克。

亚历克斯:对,我认为从1970年到21世纪初,电脑的速度提高了1000倍,如果飞机也能做到这一点,我们现在从伦敦飞到纽约只需要28秒。

克里斯-你是怎么意识到这一点的?

Alex:嗯,推动这一切的最大力量其实并不是计算机科学家。我认为这种进步最根本的原因是电子元件可以制造得更小、更快、更便宜。作为一名计算机科学家,这真的很奇怪,你可以设计一个处理器,两年后你可以使用最新的组件,它的速度是原来的两倍,尺寸减半,成本减半。

克里斯-这是摩尔定律,不是吗?我们看到每X个月的功率和价格都会翻倍!但这一切将走向何方?我的意思是,我们肯定会达到一个点,我们无法用现有的技术来改进。

亚历克斯-是的。所以很有趣的是在21世纪初事情开始发生一些变化因为真正出问题的地方,有很多因素,但最大的一个可能是当你有所有这些微小的组件它们变得越来越快,你把它们塞进一个小空间,它们变得非常热,实际上问题是,基本上如果你让它们变得越来越快,它们就会开始融化。所以我们再也不能让电脑变得更快了。这就是为什么从21世纪初开始,计算机在数值上并没有更快。实际上,我们已经意识到,因为元件的尺寸缩小了一半,我们可以把两台电脑放在原来只有一台电脑的空间里。这就是这个概念,你可能听说过双核计算机:那就是你实际上有两台旧计算机,一个核心,粘在一起。虽然每台计算机的运行速度与之前的计算机大致相同,但通过协同工作,它们可以获得更快的结果。

Chris -我想,为了支持多核,多台计算机有效地协同工作,你必须在计算机内部有正确的架构,这样你就可以输入指令,并在这些核心之间分配指令,以正确的方式使这些指令得到遵循,从而产生有用的东西。

亚历克斯:是的,我认为这是在过去几年里发生的变化。问题是,当人们第一次开始把多台电脑放在一起时,他们或多或少没有考虑到这一点。他们或多或少只是把两台现有的电脑固定在一起,不做任何改变,并期望它能做得很好。对于两个人来说,这是可行的。问题是现在我们有越来越多的电脑连接在一起,我想你可能可以买16台……

Chris -是的,运行裸体科学家网站的服务器有一些疯狂的数字,好像是24核…

亚历克斯-对,对,没错。

Chris -你能做到真是太棒了。

Alex -他们每个人都很优秀,他们擅长解决自己的问题,这也是他们设计的目的,所以这是有道理的。但是当你把它们放在一起,就像你有很多人在一个团队中工作。你知道,他们需要沟通和合作。他们越多,你的交流就越多。你知道,在一个有数百名员工的企业里,总是有人在开会,不停地协调。计算机也是一样,当我们达到24核或更多核时,我们必须在它们之间进行通信。

Chris:因为你正在研究的东西有可能意味着他们不那么反社会,他们相处得更好,这些核心,沟通得更好。所以这是关键吗?

Alex -我们想“如果我们从头开始重新设计核心,我们会做什么不同的事情?”而不是仅仅把现有的组装在一起——让我们把设计扔到窗外——然后说,好吧,我们今天会做什么不同,知道未来的计算机将有许多核心?所以我们设计了一个社交核心,如果你喜欢的话。是的。一个能够一直一起工作的人。所以这些核心能够在进行计算的同时,和它们的同伴聊天,不断地讨论计算中发生了什么等等。共同努力解决问题是设计的基础。

Chris -你的架构会有多快?

Alex -很难回答这个问题,因为本质上单个核心更差,因为作为交换,他们的…

克里斯:这是一个开销,因为他们更善于交际,所以他们更容易分心。

亚历克斯-没错,没错,他们都在吵架。所以我认为这取决于问题本身。就像在之前的采访中我们听到的心脏模拟。在这个例子中,你可以想象每个核心处理心脏的一个细胞,然后有一个问题,你知道,这个细胞发生了什么到下一个核心。

Chris -所以我想这将是一个实际编写软件和编写系统的问题,这些软件和系统将利用你的系统来充分利用它。因为如果你把你的系统塞进现在的操作环境,它就不能很好地处理。但如果你有专门为它写的东西,它会做得更好。

Alex:没错,程序员真的需要用不同的方式来使用它。这是我个人正在研究的。

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