وتعد هذه خطوة مهمة نحو تطوير أجهزة الكمبيوتر التي ستقوم بإجراء العمليات الحسابية في الذاكرة، دون الحاجة إلى نقل المعلومات بين المكونات المختلفة - وهو نقل يستغرق الكثير من الوقت ويستهلك الكثير من الطاقة.
في السنوات الأخيرة، تطور مجال جديد في عالم الأجهزة - الحساب داخل ذاكرة الكمبيوتر. يختلف هذا الأسلوب بشكل كبير عن الطريقة التي تعمل بها أجهزة الكمبيوتر بشكل طبيعي. بينما في الكمبيوتر العادي يقوم المعالج بإجراء عمليات حسابية بناءً على المعلومات المخزنة في الذاكرة، في هذا النهج المبتكر يتم إجراء جزء من الحساب داخل ذاكرة الكمبيوتر وبالتالي يقلل من حجم المعلومات التي تمر بين الذاكرة والمعالج. إن نقل المعلومات بين وحدات الكمبيوتر يستهلك الكثير من الوقت وطاقة كبيرة، ويؤدي هذا التغيير إلى توفير كبير في كلا الجانبين.
في العقود الأخيرة، حدث تحسن كبير في الأداء المنفصل لهاتين الوحدتين؛ وارتفع معدل العمليات الحسابية للمعالجات وكذلك حجم التخزين في وحدات الذاكرة. هذا التغيير يؤدي فقط إلى تفاقم مشكلة يعتبر نقل المعلومات بمثابة عنق الزجاجة الذي يحد من معدل الحساب للكمبيوتر بأكمله.
البروفيسور شاهار كوتينسكي من كلية فيتربي للهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات ركز في السنوات الأخيرة على إيجاد حلول لمشكلة البنية المزدوجة للكمبيوتر. في المقالات التي نشرها في السنوات الأخيرة، قدم تقنيات الأجهزة التي تنقل جزءًا من العمليات الحسابية إلى الذاكرة وبالتالي تقلل من "اختناقات المرور" التي يتم إنشاؤها في الكمبيوتر التقليدي بين المعالج والذاكرة.
هذا التغيير النموذجي في هندسة الكمبيوتر له آثار عملية بعيدة المدى في مجموعة متنوعة من المجالات بما في ذلك الذكاء الاصطناعي والمعلوماتية الحيوية والتمويل ونظم المعلومات والمزيد. ولهذا السبب تتعامل العديد من مجموعات البحث في الأوساط الأكاديمية والصناعية مع هذه المشكلة، وتدرس جوانب مثل بنية الذاكرة، وإنتاج مثل هذه الذاكرة في مصانع الرقائق، والعمليات الحسابية الأساسية التي يتكون منها هذا الكمبيوتر.
الجانب المهم الذي لم تتم دراسته حتى الآن هو الجانب البرنامج. تمت كتابة برامج الكمبيوتر لعقود من الزمن لأجهزة الكمبيوتر "الكلاسيكية" التي تم تصميمها بطريقة لم تتغير كثيرًا منذ إنشاء أجهزة الكمبيوتر الأولى في الأربعينيات. هذه البرامج هي نوع من مجموعة عمليات القراءة والكتابة في الذاكرة وعمليات الحساب التي تتم في المعالج. تحتوي وحدات المعلومات المختلفة في الذاكرة على "عناوين" تسمح للبرنامج بتحديد موقعها ونقلها لتتم معالجتها في المعالج. "الآن، في ضوء نقل بعض العمليات الحسابية إلى الذاكرة، هناك حاجة إلى برمجيات جديدة"، يوضح البروفيسور كوتينسكي. "يجب أن تعتمد هذه البرامج على أوامر جديدة تدعم العمليات الحسابية في الذاكرة. وهذه طريقة حسابية مختلفة تمامًا عن الطريقة المعتادة بحيث لا يمكن استخدام بعض العناصر الأساسية الموجودة اليوم في علوم الكمبيوتر. لذلك، من الضروري إعادة كتابة التعليمات البرمجية ، الأمر الذي يتطلب الكثير من الجهد وقد يستغرق الكثير من وقت عمل مطوري البرامج."
يقدم مقال جديد لمجموعة بحث البروفيسور كوتنسكي، بقيادة طالب الدكتوراه أوريان لايترسدورف وبالتعاون مع الباحث روني رونين، حلاً لهذه المشكلة. تعتمد المنصة الجديدة على مجموعة من الأوامر التي تربط طريقة الحساب المبتكرة باللغات البرمجية الشائعة مثل Python. ومن أجل بناء المنصة الجديدة، قام الباحثون بتطوير نظرية لواجهات برمجة بنية الحوسبة في الذاكرة، وقاموا بتطوير مكتبات لتطوير البرمجيات، والتي تحول أوامر بايثون إلى أوامر آلة يتم تنفيذها בתוך ذاكرة الكمبيوتر.
يسمون المفهوم الجديد PyPIM - الذي يجمع بين اختصارات Python والمعالجة في الذاكرة. ستسمح هذه المنصة لمطوري البرامج بكتابة البرامج المتوافقة مع أجهزة الكمبيوتر التي تقوم بإجراء العمليات الحسابية داخل الذاكرة بسهولة.
وتقدم الدراسة أيضًا أداة محاكاة لتطوير الأجهزة وقياس الأداء، والتي ستسمح للمطورين بتقييم التحسن في وقت تشغيل البرنامج مقارنة بالكمبيوتر العادي. وفي مقال، يوضح الباحثون تنفيذ العديد من الحسابات الرياضية والخوارزميات باستخدام المنصة، وهي مكتوبة في برنامج قصير وبسيط وتعمل على تحسين أداء الكمبيوتر بشكل ملحوظ.
تم تقديم البحث في الندوة الدولية IEEE/ACM حول العمارة الدقيقة، وهي واحدة من أهم المؤتمرات في مجال هندسة الكمبيوتر، والتي عقدت في نوفمبر في أوستن، تكساس.
سيكون أوريان ليترسدورف البالغ من العمر 21 عامًا أصغر طالب في التخنيون يحصل على درجة الدكتوراه، وروني رونان هو باحث كبير في الكلية، والبروفيسور شاهار كوتينسكي هو عضو هيئة تدريس في الكلية ورئيس قسم الأبحاث. مركز الدوائر المتكاملة والمعمارية (ACRC).
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
