计算机工程师设计研究平台混合处理器核以提高性能

计算机以灵活性而闻名，可以运行从游戏机到股票交易所的所有操作。但在计算层面上，大多数计算机依赖于称为核心的相同处理器阵列。现在，普林斯顿大学的一个团队已经建立了一个硬件平台，允许不同种类的计算机内核组合在一起，允许设计师以新的方式定制系统。

其目标是创建新系统，在专门的核心间分配任务，提高效率和速度。

在多核协作的基础上，当核心不需要全部依赖于告诉核心如何处理其处理任务的相同基本编程代码时，可以获得更多的好处。设计者称这个基本代码为指令集架构(ISA)。完善的ISAs包括英特尔x86(通常用于笔记本电脑)、ARM(智能手机)和POWER (IBM大型机)。除了混合不同ISAs的核心外，研究人员还对开发混合ISAs感兴趣，以支持新的处理器设计，开发新的、尖端的、开源的ISAs，如RISC-V ISA的潜力。

然而，计算机研究领域所缺乏的是一个实验硬件平台，允许设计者尝试异构核和ISA安排。普林斯顿大学的平台叫做“带上你自己的核心”(BYOC)，是开源的，为任何想要利用它的能力的人提供这样做的机会。

“带上你自己的核心，它就在名字里，”普林斯顿大学计算机科学专业的研究生乔纳森巴尔金德(Jonathan Balkind)说。“研究人员可以将他们的核心连接到我们可修改的硬件框架中，该框架容易支持多个ISAs，并可扩展到处理多达5亿个核。”

在摩尔定律(1965年对计算机芯片性能每两年翻一番的观察)经过几十年的稳步发展已失去影响的情况下，人们希望这一研究途径能够勉强取得新的成果。

“在后摩尔时代获得更多计算性能的战斗中，”Balkind说，“异构ISA是兵库中的关键武器，BYOC将为研究人员真正开发这些能力提供一条途径。”

Balkind是在3月16日那周在瑞士洛桑举行的2020年编程语言和操作系统架构支持国际会议(ASPLOS)上发表的一篇论文的第一作者，但由于对的担忧，会议实际上取消了。

“我们很兴奋的潜力BYOC,不仅对我们自己的异构ISA研究动机,但更广泛的研究社区,”David Wentzlaff说电气工程的副教授和相关教师在普林斯顿大学计算机科学系德世卫组织建议·鲍坎德和其他普林斯顿论文的合著者。

这些合著者包括研究生Grigory Chirkov、Fei Gao、Alexey Lavrov和Ang Li。前普林斯顿学生、现就职于华盛顿大学的Katie Lim、现就职于英维迪亚大学的Yaosheng Fu和现就职于哈佛大学的Tri Nguyen，以及来自瑞士苏黎世联邦理工学院的Luca Benini、Michael Shaffner和Florian Zaruba以及印度比特Pilani的Kunal Gulati都是共同作者。

BYOC在两个基本层次上发挥作用。第一个是详细的硬件模拟，精确到计算机芯片中的每根电线和元件的逻辑运行。第二种是模拟芯片架构，在可编程硬件上运行。仿真模拟了利用选择核心和ISAs的真实计算机芯片的外观和功能。

正如在这篇新论文中所描述的那样，普林斯顿大学的研究团队已经成功地将10个核心连接到一个容纳四个独立ISAs的BYOC平台上，尽管Balkind指出，这只是一个起点。

byoc研究的众多应用中，有一种应用就是设计混合了遗留核心和前沿核心的新计算机系统，这可以帮助处理需要遗留核心的用例。

智能手机是另一个应用，其中创新核心和ISA部署可以提高用户体验。BYOC的帮助可以通过开发一种新颖的安排，在以性能为目标的大的、耗电的内核之间分配任务，或者在能效为目标的小的、节能的内核之间分配任务。安全性也是一个考虑因素，因为一些ISAs支持独特的安全增强特性。

通过BYOC的验证后，研究人员可能会选择将他们设计的芯片制成完全实现的物理形式，由计算机芯片制造公司制造。Balkind和他的同事计划在今年晚些时候这样做，这是近三年开发和利用BYOC的努力的顶峰。

“我对我们在Bring Your Own Core上取得的成果非常满意，我期待其他研究人员使用它，”Balkind说。“我也很高兴BYOC是开源的。考虑到我们有幸在普林斯顿拥有的资源，以及我们从公众渠道获得的资金，我们的平台也能造福于一般的研究团体是很重要的。”