娱乐

我们是功能更强,更多样化,更聪明的软件的消费者我们的谷歌查询,我们的Facebook体验,我们在iPad上播放高清电影的能力,以及在我们的手机上阅读电子邮件的便利性,都取决于我们的计算能力看到并且通常不会再考虑这个进步是由于计算机硬件的改进而悄然推动我们中的许多人发现600美元的iPad可以胜过Cray 2,这不是很久以前,这是地球上最快的计算机不幸的是,这些无穷无尽的性能改进的源头已经枯竭,软件开发人员长期享受的免费乘车受到威胁更糟糕,这种情况发生在软件变得比以往任何时候都重要的时候几十年来,硬件的进步得到了两个人的推动让步:摩尔定律和Dennard Scaling摩尔定律说,芯片上的晶体管数量每两年大约翻一番,因为器件物理技术的进步会产生更小的晶体管Dennard S caling不太知名,但同样重要 - 它表明随着晶体管的缩小,开关时间(晶体管从非导通状态变为导通状态所需的时间)和功耗将成比例地下降我们应该期望晶体管能够在每一代技术中变得更小,更快,更节能多年来这一切都是真的 - 硬件只是变得更快,提供了性能改进,导致我们所有的软件运行得更快,仿佛通过魔术不幸,物理学最后阻碍了导线延迟(信号沿着一段微导线传播所需的时间)成为限制因素多年来,信号可以在计算机时钟的每个刻度处穿过整个芯片,今天只需要一小部分芯片就可以在时钟点亮的时候访问这是因为今天的时钟运行速度更快,今天的片上线路非常小,以至于nals传播得更慢为了解决这个问题,硬件制造商转向多核设计(具有两个或更多独立处理器的单个计算组件,或“核心”)而不是使用过多的晶体管来使芯片的处理器更大更强大,他们在每个芯片上放置了多个核心但是就像两辆汽车不太可能让你的工作速度快于一个,增加另一个核心通常无助于更快地完成计算问题这一观察结果在1967年由Gene Amdahl着名,当他创造我们现在所知的Amdahl定律时:使用多个处理器获得的加速受到完成无法并行的程序部分所需的时间的限制(即分布在多个核心上)这意味着今天的软件开发人员面临着巨大的挑战硬件的进步,曾经作为透明的性能改进(更快的汽车)提供,现在越来越多以硬件并行性的形式出现(两辆车)前者意味着现有的程序运行速度更快,就好像通过魔术一样后者只对特定类型的问题有帮助(也许是移动一支足球队)当2007年这种情况变得清晰时,斯坦福大学总统John Hennessy说:“当我们开始谈论真正平行计算机的并行性和易用性时,我们谈论的问题就像计算机科学面临的任何问题一样......如果我在工业界,我会感到恐慌”事情变得越来越糟糕多核硬件只是三次地震变化中的第一次,预示着软件免费搭车的结束今天的多核设计包含了相对直接的正统处理器核心组合但是承认Amdahl定律,许多设计师现在认为我们需要更多每个芯片上简单和强大核心的复杂组合可以有效地解决表现出并行性的任务部分通过许多简单的核心如何?那么,考虑一下在曼哈顿移动大量通勤者的问题:成千上万的不成熟的黄色出租车对于工作来说是完美的但是缺乏并行性的那些任务部分仍然需要一个大的,有能力的核心才能快速解决。一句话,考虑一个人登月的问题:一个非常复杂的土星五号火箭将适合这项任务 一个异质的中央处理单元(CPU) - 通常被称为计算机的“大脑” - 可能同时提供出租车和火箭,不幸的是,异质性使我们从透明的性能改进世界中走得更远第二个重大变化在计算机硬件中意味着软件现在不仅必须表现出并行性,而且还必须能够以某种方式有效地利用复杂的,非统一的硬件资源但是这是另一个对计算机科学最具破坏性的重大变化虽然摩尔定律继续为我们提供服务晶体管,Dennard Scaling即将结束在实践中,芯片上的功率密度已经变得如此之高,以至于我们无法完全为整个芯片供电,以免我们熔化硅片这彻底改变了微架构的经济学在过去的40年里,一个亲戚晶体管稀缺导致一般性的口号当晶体管稀缺时,定制是一种不合理的奢侈品能量供应充足因此每个设计都必须尽可能通用这种普遍性的咒语,在几代设计师的思想中根深蒂固,需要彻底重新思考,因为我们变得能量受限这意味着,当能量成为主要关注点时,我们必须转向定制芯片设计面对正统的硬件设计,它有可能使软件设计人员的任务变得非常复杂,他们必须有效地利用大型,复杂,非均匀的计算资源集如果这还不够,程序员经过几十年的训练,现在有一个全新的焦点:能量为了进一步使问题复杂化,程序员不仅没有经过优化能源的培训,实际上很少有工具可以帮助他们这样做。因此,软件开发人员突然发现自己拥有:1)适应并行硬件2)适应异构硬件3)理解和优化能源而不是性能这些都是巨大的挑战enges,看看软件行业如何适应将是一件非常有趣的事情人类的创新能力令人叹为观一个例子是英特尔今年早些时候宣布其3D三栅晶体管在经过大约十年的发展后已准备好用于商业用途。当我们认为晶体管设计几乎没有空间时,一个看似简单的想法改变了我们构建计算技术最基本元素的方式。这有望大大提高性能和功耗 - 这对移动设备尤为重要计算行业极具竞争力,因此英特尔的竞争对手将努力开发竞争技术我们发现自己正处于巨大变革的阶段当我们对软件的兴趣比以往任何时候都快速增长时,计算领域的基础正在发生根本变化很难想象一下这些轨迹会带给我们什么,