Thuật toán giúp máy tính chạy nhanh gấp đôi mà không cần nâng cấp phần cứng, điện năng tiêu thụ giảm 1 nửa

Nhóm nghiên cứu đến từ Trường đại học California, Riverside (UCR) phát triển thuật toán giúp máy tính hiện nay có thể tăng gấp đôi tốc độ xử lý mà không cần nâng cấp phần cứng.

Các thiết bị công nghệ hiện đại như máy tính và điện thoại để hoạt động trơn tru cần nhiều bộ xử lý khác nhau như bộ xử lý trung tâm (CPU), bộ xử lý tensor (TPU), bộ xử lý đồ họa (GPU)...

Người dùng cần phải nâng cấp phần cứng (bổ sung bộ xử lý) nếu muốn sử dụng phần mềm hoặc tính năng vượt qua khả năng xử lý của máy tính.

Thuật toán của nhóm nghiên cứu đến từ UCR giúp bộ xử lý có sẵn bên trong máy tính xử lý vận hành song song đồng thời, chứ không phải tuần tự và được gọi là chương trình đa luồng đồng thời và không đồng nhất - simultaneous and heterogeneous multithreading (SHMT).

Các mô hình lập trình truyền thống chỉ có khả năng chuyển một phần code lập trình vào một dạng chip xử lý duy nhất. Trong quá trình đó, những chip khác tạm dừng xử lý để chờ đợi. Điều này gây lãng phí thời gian vận hành một tác vụ.

Còn SHMT thì tận dụng tính không đồng nhất để bẻ gãy những phép tính mà code lập trình yêu cầu phần cứng xử lý, để chia việc một cách hiệu quả trên toàn bộ hệ thống.

SHMT vận hành như trên để chia việc cho những cụm chip xử lý khác nhau. Nhờ vào một nhóm lệnh VOP (virtual operation), phần mềm chạy trên CPU sẽ chuyển bớt tính năng sang virtual hardware device.

Quan trọng hơn, SHMT nhờ vào giải pháp QAWS (quality-aware work-stealing) sẽ không ngốn quá nhiều tài nguyên của hệ thống, giúp đảm bảo cân bằng workload giữa những con chip xử lý.

Những lệnh VOP sẽ được chia ra thành những high-level operations (HLOP) để sử dụng song song nhiều nguồn phần cứng xử lý. Khi đó, Runtime system của SHMT sẽ chia những HLOP vào danh sách chờ xử lý tác vụ trên phần cứng.

Trong lần thử nghiệm gần nhất, nhóm nghiên cứu đã áp dụng SHMT lên một máy tính sở hữu bộ xử lý gồm CPU ARM Cortex-A57, GPU Nvidia và TPU Google Edge. Kết quả, máy tính có tốc độ nhanh hơn ban đầu 1,95 lần và năng lượng tiêu hao giảm đến 51%. Điều này là do SHMT giúp máy tính chạy nhiều tác vụ phụ trên nhiều bộ xử lý.

Dù những thử nghiệm ban đầu cho ra kết quả khả quan, ý tưởng này vẫn còn cần nhiều thời gian để phát triển. Nhóm nghiên cứu UCR cũng thừa nhận họ cần phải xử lý nhiều vấn đề liên quan trước khi công bố chính thức.

Nhóm nghiên cứu khẳng định, thuật toán này có tiềm năng rất lớn,giúp gia tăng hiệu suất phần cứng đồng thời nâng cao hiệu quả và tiết kiệm đáng kể năng lượng của máy tính.