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Posté par Redbran le Mercredi 11/04/2018 à 12:00
Les GPGPU de nouvelle génération augmentent l'efficacité énergétique d'un ordre de grandeur

En adoptant l'évolution du GPGPU et en se séparant des architectures von Neumann, le projet EXAFLOW a pu développer avec succès un nouveau processeur offrant de hautes performances et une grande efficacité énergétique.

Nous connaissons tous la loi de Moore et, dans une moindre mesure, les règles de réduction d'échelle de Dennard. En effet, la combinaison (Une combinaison peut être :) de ces principes veut que, chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), les progrès technologiques permettent le doublement du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de transistors sur une même surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...) sans pour autant augmenter leur consommation d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) globale.

Cependant, depuis 2005, ce rythme est de plus en plus difficile à maintenir. Les transistors sont toujours plus petits, mais la consommation d'énergie augmente avec chaque nouvelle génération d'appareils. Au bout du tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de fer, canal, route, chemin piétonnier). Sont...) se trouve le mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.) de l'énergie, où les processeurs consommeront trop d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de...) pour leur taille et brûleront tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) simplement.

Pour contourner le problème, les ingénieurs ont utilisé des processeurs multi-c?urs. Ce faisant, ils ont créé un autre mur, à savoir le mur de la programmabilité. Ce mur rend le développement d'un logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil...) capable d'obtenir plus d'énergie des processeurs parallèles particulièrement difficile. Mais comment briser ces murs? C'est la question à un million (Un million (1 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999) et qui précède un million un...) de dollars à laquelle le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) EXAFLOW tente de répondre.

Pour le professeur Yoav Etsion, coordinateur du projet pour l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute...) israélien de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :), "Briser les murs de l'énergie et de la programmabilité sont deux efforts interdépendants". "Le mur de l'énergie nous oblige à concevoir de nouveaux modèles informatiques et de nouveaux processeurs qui seront plus efficaces que le modèle von Neumann, vieux de plus de 70 ans, tandis que le mur de la programmabilité nous oblige à veiller à ce que ces nouveaux modèles informatiques soient faciles à utiliser et à programmer."

Pour y parvenir, l'équipe du professeur Etsion a conçu un nouveau type de processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de traitement »), est le composant de l'ordinateur qui exécute les programmes informatiques....). Cette conception repose sur le paradigme de programmation (La programmation dans le domaine informatique est l'ensemble des activités qui permettent l'écriture des programmes informatiques. C'est une étape importante...) Instruction (Une instruction est une forme d'information communiquée qui est à la fois une commande et une explication pour décrire l'action, le comportement, la méthode ou la tâche qui devra commencer, se terminer,...) Unique, Multiples Fils d'Exécution (SIMT) qui a émergé des accélérateurs graphiques (GPU) comme ceux de NVIDIA (Nvidia Corporation est l'un des plus grands fournisseurs de processeurs graphiques, de cartes graphiques et de chipsets pour PC et consoles de jeux...) et d'AMD, et qui a débouché plus tard sur les GPGPU.

"Le projet EXAFLOW a pour objectif de repenser la manière dont nous concevons les GPGPU. Nous voulions reconcevoir fondamentalement le processeur lui-même autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) du modèle de programmation, et non l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que...). En effet, nos derniers résultats en date montrent que notre processeur surpasse largement les GPGPU tout en offrant une efficacité énergétique (En physique et ingénierie mécanique, l'efficacité énergétique (ou efficacité thermodynamique) est un nombre sans dimension, qui est le rapport entre ce qui peut être...) d'un tout autre ordre de grandeur", s'enthousiasme le professeur Etsion.

Le secret de cette meilleure performance réside dans l'utilisation du modèle d'exécution de "flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus...) de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.)", un modèle vieux de 50 ans, qui n'avait pas encore été utilisé pour exécuter du code simultané (parallèle). Le flux de données exécute les instructions dès que leurs dépendances sont remplies. Cela contraste avec les architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) von Neumann qui exécutent des instructions lorsqu'elles arrivent en haut du flux, indépendamment de leurs dépendances. Etsion établit la comparaison avec les ampoules à incandescence en ce qui concerne l'efficacité énergétique.

Les ressources fonctionnelles, par rapport aux GPGPU standard, sont les mêmes, mais elles sont câblées différemment pour permettre la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) directe des valeurs intermédiaires entre les unités fonctionnelles. Cela permet d'utiliser la structure de calcul à presque 100 %.

"Nous utilisons deux variantes de flux de données ("statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut être employé comme :)" et "dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :)") au moment de l'exécution, pour extraire le parallélisme au niveau des instructions et exécuter des threads parallèles sans ordre. Chaque fois que l'instruction d'un thread est bloquée sur un accès mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) long, les unités fonctionnelles continuent à calculer des instructions à partir d'autres threads. Enfin, comme les valeurs intermédiaires sont communiquées directement entre les unités fonctionnelles, nous n'avons pas besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les...) d'un fichier ( Un fichier est un endroit où sont rangées des fiches. Cela peut-être un meuble, une pièce, un bâtiment, une base de données informatique. Par...) registre. Il s'agit d'une autre économie d'énergie importante", explique le professeur Etsion.

En apportant la preuve qu'une rupture avec le modèle de von Neumann peut offrir de grands avantages en termes de rendement et de consommation d'énergie, le professeur Etsion espère inciter d'autres chercheurs à explorer de nouveaux modèles informatiques qui finiront par briser les murs de l'énergie et de la programmabilité.

Son équipe et lui étudient actuellement les possibilités de commercialiser leur processeur et exploreront deux voies académiques différentes. "Tout d'abord, mon équipe s'attelle au développement de nouvelles architectures de processeurs basées sur le modèle de flux de données. Deuxièmement, nous développons un nouveau langage de flux de données pour la conception matérielle, ce qui rendra les concepteurs 10 fois plus productifs. Nous espérons être en mesure de les présenter dans un avenir proche", conclut le professeur Etsion.

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Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS