Neues Software-Framework verdoppelt die Geschwindigkeit eines Computers und halbiert den Energieverbrauch

Forscher:innen ist es gelungen, mithilfe eines neuen Software-Frameworks die Leistung und Effizienz bereits erhältlicher Prozessoren in PCs, Smartphones und anderen Geräten deutlich zu steigen. Die Idee dahinter ist im Grunde so einfach wie naheliegend und könnte zu schnelleren und günstigeren Elektronikprodukten führen.

Parallele Verarbeitung in bereits vorhandenen Prozessoren

Die meisten modernen Systeme, ob es sich nun im Computer, Smartphones oder Serverstrukturen handelt, enthalten neben der klassischen CPU auch Grafikprozessoren (GPU) und Hardwarebeschleuniger für KI und maschinelles Lernen. Populäre Beispiele sind etwa die Tensor Cores auf Grafikkarten von Nvidia, Tensor Processing Units (TPU) auf Cloud-Servern von Google oder die Neural Engines in iPhones von Apple.

Diese Komponenten verarbeiten Informationen bisher separat voneinander und leiten die Informationen dann zur nächsten Verarbeitungseinheit weiter. Dabei bleiben die nicht aktiven Komponenten weitestgehend im Leerlauf, während eine andere Einheit die Daten verarbeitet.

Forscher:innen der University of California Riverside (UCR) in den USA haben nun eine Methode vorgestellt, die darauf basiert, dass die verschiedenen Komponenten gleichzeitig statt hintereinander arbeiten. Durch diesen vermeintlich kleinen Tweak kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit deutlich erhöht werden. Außerdem wird der Energieverbrauch drastisch gesenkt.

„Man muss keine neuen Prozessoren hinzufügen, weil sie bereits vorhanden sind„, so Hung-Wei Tseng, außerordentlicher Professor für Elektro- und Computertechnik an der UCR und einer der Autoren der Studie. Die Forscher:innen bezeichnen ihr neues System als simultanes und heterogenes Multithreading (SHMT).

Doppelte Leistung bei halbiertem Energieverbrauch

Dabei kommen mehrere Komponenten zum Einsatz. Die zu erledigen Rechenfunktionen werden unter ihnen aufgeteilt, sodass eine Parallelverarbeitung statt einer Stapelverarbeitung stattfindet. In einem Testsystem, das was die Art der Chips und der Verarbeitungsleistung betrifft einem modernen Smartphone entspricht, testeten die Forscher:innen das System. Zum Einsatz kamen dabei Standardkomponenten, die über eine integrierte PCIe-Schnittstelle miteinander verbunden wurden. Als Betriebssystem kam Ubuntu Linux 18.04 zum Einsatz. In den Tests mit Benchmark-Apps ergab sich eine Steigerung der Geschwindigkeit des Systems im Vergleich zur klassischen Stapelverarbeitung um den Faktor 1,95, während der Energieverbrauch um 51 Prozent gesenkt werden konnte.

Die Forscher:innen gehen davon aus, dass mit dem System auch bei bestehenden Produkten eine immense Leistungsteigerung erzielt werden könnte. Es wäre aber auch möglich, Geräte neu zu konstruieren und dabei deutlich günstigere Komponenten zu verwenden, ohne Abstriche bei der Leistung machen zu müssen. Der Aspekt des reduzierten Energieverbrauchs dürfte vor allem in Rechenzentren eine große Rolle spielen, weil die so ihren CO2-Fußabdruck und den Wasserverbrauch senken könnten.

Das System ist noch nicht bereit für den Massenmarkt und benötigt weitere Forschung, bietet aber einen interessanten Ansatz, der die Informationstechnik um ein gutes Stück voranbringen könnte.

via UC Riverside