多核時代，計算機體系結構面臨徹底重新設計

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會的(de)一(yī)份研究報告認為(wèi)，如(rú)今的(de)多核處理(lǐ)器需要更好的(de)方式來編程。馬裏蘭大學(xué)的(de)一(yī)位研究人員在1月份出版的(de)美國(guó)計算機協會的(de)旗艦級通訊刊物上稱，為(wèi)了有效使用多核處理(lǐ)器，IT業需要徹底反思它已使用了50多年(nián)的(de)基本計算機體系結構。

馬裏蘭大學(xué)高(gāo)級計算機研究所教授Uzi Vishkin在論文中稱："近期從單處理(lǐ)器計算機系統向多處理(lǐ)器平行系統的(de)大規模遷移，要求對建立新系統并為(wèi)之編程的(de)計算機科學(xué)的(de)許多方面進行徹底改造。"

Vishkin甚至提供了一(yī)份新體系結構抽象圖，他稱之為(wèi)ICE（即時并行執行），他利用美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會提供的(de)資金開發出了ICE。

我們今天所使用的(de)基本計算機體系結構是基于二十世紀四十年(nián)代數據學(xué)John von Neumann提出的(de)概念的(de)。在他的(de)體系結構中，數據和(hé)程序存儲于計算機內(nèi)存并被饋送給計算機的(de)CPU。程序通過使用程序計數器執行，這就為(wèi)CPU提供了 內(nèi)存當中下一(yī)個将執行的(de)指令的(de)地(dì)址。

這種方法允許進行Vishkin所稱的(de)串行計算，在這種設計當中，"在串行程序裏可(kě)供執行的(de)任何單個指令可(kě)以立即執行。"

但是，它卻是受限制的(de)，因為(wèi)它一(yī)次隻允許執行單個指令。Vishkin稱，在多核處理(lǐ)器和(hé)擁有大量可(kě)用內(nèi)存的(de)時代，不再需要這種限制了。取而代之的(de)是，多個指令通常可(kě)以更快地(dì)平行執行--所有指令都同時執行且隻需一(yī)個步驟。

Vishkin的(de)替代方法不同于von Neumann體系結構，它允許在任何指定的(de)時間執行無數個指令，這樣可(kě)以極大地(dì)簡化程序員的(de)工作。他說，有了ICE，"你可(kě)想象任何數量的(de)指令，隻要某 個指令的(de)輸入不是另一(yī)個指令的(de)輸出。"程序員不再需要擔心有多少處理(lǐ)器可(kě)供該項任務使用。

Vishkin表示，這種體系結構要求改變硬件設計。至于操作方式，芯片可(kě)能需要在處理(lǐ)器和(hé)內(nèi)存之間建立高(gāo)帶寬、低(dī)延遲的(de)網絡。硬件需要一(yī)個單處理(lǐ)器核來控制其他所有核。如(rú)果代碼是串行的(de)，它可(kě)以在那個核上執行。如(rú)果有其他指令，中央處理(lǐ)器可(kě)以向其他核發送其他指令。

Vishkin擁有這項技術的(de)6項專利，研究小組也建立了可(kě)以在ICE抽象體系結構上運行的(de)原型硬件。