Im Trend: Adaptive Prozessoren
Adaptive Prozessorstrukturen können Strom sparen und bis zu 55 Prozent mehr Performance herauskitzeln.
Wie ein Bericht in Telepolis zeigt, haben amerikanische Forscher das Konzept der automatischen Anpassung an die aktuell laufende Software innerhalb der Hardware eines Mikroprozessors (Caches, TLBs, Latenzzeiten, Spannungen und so weiter) sehr verfeinert. Studien, die David H. Albonesi von der Universität von Rochester veröffentlichte zeigen, dass sich allein durch eine automatische Umorganisation des Caches bei ein bis zwei Prozent Performance-Verlust 40 Prozent des Energieaufwandes für die Cache-Speicher einsparen läßt.
Anpassungen "on the fly" von Cache und TLB an die Belange der jeweiligen Applikation können aber auch bis zu 55 Prozent Performancesteigerung bewirken, wie Albunesi et al am Beispiel einzelner Benchmarks der SPEC2000-Benchmarksuite herausgefunden haben.
Ein Patent im Rahmen des Complex Adaptive Processing (CAP) genannten Projektes hat Albonesi bereits eingereicht: "Mechanism for Dynamically Adapting the Complexity of a Microprocessor". Nun will sein Team auch mit variablen Spannungen fĂĽr einzelne Teilbereiche eines Prozessors experimentieren. Die DARPA unterstĂĽtzt das CAP-Projekt mit drei Millionen Dollar.
Wettbewerb, flexibles Anpassen, survival of the fittest – solche Begriffe kennt man eher aus der Evolutionsforschung und der Marktwirtschaft denn von der Hardware. Doch immer mehr ziehen "mitlernende", sprich adaptive Techniken in das Design von Hard- und Software ein – sei es zur Performancesteigerung, sei es zur Senkung der Leistungsaufnahme. Mobil-Prozessoren haben beispielsweise so genannte Clock Gates, die zeitweilig nicht benötigte Prozessor-Bereiche abschalten. Stromspar-Techniken wie AMDs Powernow! oder Transmetas LongRun beobachten die aktuell laufende Software und fahren je nach Bedarf Prozessortakt und -Spannung hinauf oder herunter. Auch Intels nächste SpeedStep-Version wird vermutlich solch adaptiven Techniken verwenden.
Transmetas Crusoe-Prozessor, der ja zu drei Vierteln aus Software besteht, beschränkt jedoch seine Beobachterfunktion nicht allein auf den Stromverbrauch, sondern er passt sich dynamisch an die Anforderungen der aktuell laufenden Applikation an und optimiert den übersetzten Code. Auch der Wettbewerb zwischen mehreren Hardwarebereichen ist schon verbreitet: So arbeiten im Alpha-21264-Prozessor zwei unabhängige Sprungvorhersage-Einheiten. Die jeweils bessere bekommt von einer Schiedrichterschaltung den Vorzug. Ein Cache, der sich je nach Trefferrate zwischen mehreren Strategien entscheidet, ist gleichfalls so neu nicht: ALR hat schon vor vielen Jahren unter dem Namen FlexCache eine solche Hardware für 386-Systeme vorgestellt. (as)
