Elaborare più dati in modo più veloce ed efficiente dal punto di vista energetico

Le applicazioni di big data richiedono un'elevata potenza di calcolo con il minor consumo energetico possibile. I sistemi informatici convenzionali raggiungono i limiti di entrambi. Onur Mutlu sta studiando delle soluzioni e ha ricevuto il 2021 Outstanding Researcher Award da Intel.

10.03.2022 di Anna Julia Schlegel

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Avrete sentito dire che la legge di Moore sta per finire. Questa osservazione empirica afferma che i computer raddoppiano le loro prestazioni ogni due anni circa. Gli approcci alternativi che rendono i computer più efficienti sono quindi molto richiesti. Il Prof. Onur Mutlu, che si occupa di co-progettazione hardware/software all'ETH di Zurigo, segue l'approccio della combinazione di computer e memoria. Elaborazione in memoria (PIM) rende le applicazioni di big data come l'analisi del genoma non solo significativamente più veloci, ma anche molto più efficienti dal punto di vista energetico.

L'azienda UPMEM di Grenoble ha recentemente lanciato la prima architettura PIM sul mercato. Invece di un processore o di CPU (Central Processing Unit), contiene DPU (DRAM Processing Unit), elementi di memoria che elaborano anche i dati. Mutlu ha caratterizzato, analizzato e testato il nuovo sistema e ha fatto un confronto con un precedente sistema all'avanguardia con CPU. Ha scoperto che il nuovo sistema rende i calcoli fino a 23 volte più veloci e fino a 5 volte più efficienti dal punto di vista energetico. Il nuovo sistema è particolarmente interessante per le applicazioni ad alta intensità di dati - esempi specifici sono le analisi genetiche o i modelli di previsione meteorologica. "Non male per la prima versione commerciale di un sistema di elaborazione in memoria", dice Mutlu, "rispetto a un sistema con un processore già ottimizzato da decenni".

Il sistema UPMEM Processing-In-Memory. (Fonte: Onur Mutlu)

Molto più veloce e più efficiente dal punto di vista energetico

Mutlu e i suoi collaboratori hanno sviluppato il nuovo sistema per applicazioni nel campo dell'analisi dei dati, dei database e della bioinformatica, tra gli altri, Analisi di immagini e video e reti neurali testate. Per tutti i compiti che non richiedono quasi nessuna comunicazione tra le singole DPU. (applicazioni di database, per esempio) e operazioni di calcolo prevalentemente più semplici. (ad esempio, analisi video, filtraggio dei dati), i nuovi sistemi UPMEM dovrebbero essere interessanti. "Ci aspettiamo che questi sistemi diventino ancora più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico con l'ulteriore sviluppo e che le loro applicazioni diventino ancora più diversificate", afferma Mutlu.

"I sistemi PIM (processing in memory) diventeranno ancora più diversi".Onur Mutlu

Quali aziende potrebbero già utilizzare questo nuovo sistema? "L'efficienza energetica e la sostenibilità dovrebbero essere in cima all'agenda di tutte le industrie", ritiene Mutlu. "Ma le aziende che hanno già un'idea di come utilizzare il nuovo hardware PIM ne trarranno immediato vantaggio", afferma. "Ciò significa che se i loro carichi di lavoro sono adatti alla nuova architettura, le prestazioni e l'efficienza energetica miglioreranno notevolmente".

Ampia gamma di applicazioni

I centri dati potrebbero già utilizzare il nuovo sistema PIM. "Ogni azienda di software dovrebbe prenderlo in considerazione per essere in grado di affrontare il futuro", afferma Mutlu. Il PIM è anche un substrato che rende molto più efficienti i sistemi embedded come gli occhiali AR/VR, i droni, le auto a guida autonoma e altri. "Le aziende che operano in questi settori dovrebbero pensare a come trarre vantaggio dal PIM nei loro sistemi".

"L'efficienza energetica e la sostenibilità dovrebbero essere in cima all'agenda di tutte le industrie".Onur Mutlu

Mutlu porta avanti progetti con diverse aziende di hardware e software, tra cui Intel.

Intel ha lanciato gli Outstanding Researcher Awards per i ricercatori che fanno progredire in modo innovativo il campo dell'informatica e collaborano con Intel. Mutlu è uno dei vincitori del premio 2021, insieme a 16 colleghi di tutto il mondo.

I sistemi PIM consentono un approccio fondamentalmente più efficiente all'elaborazione, in contrasto con gli attuali sistemi standard in cui tutto ruota intorno al processore costituito da CPU e le unità di memoria sono situate lontano da esso. In questi sistemi, lo spostamento dei dati tra processore e memoria limita la velocità di elaborazione dei dati, anche se il processore stesso è altamente efficiente. La maggior parte dell'energia è necessaria per spostare i dati, più che per i calcoli. "Un singolo accesso alla memoria principale, ad esempio, consuma da 100 a 1000 volte più energia di un'addizione complessa", spiega Mutlu.

Collaborazione con l'industria

Mutlu potrebbe immaginare progetti come il test e lo sviluppo di applicazioni che utilizzano il sistema UPMEM PIM insieme ad altre aziende o sviluppatori di software. ? interessato a collaborare con le aziende che vogliono rendere il loro sistema informatico fondamentalmente efficiente e quindi risparmiare molta energia. "Il paradigma PIM ha anche caratteristiche di sicurezza molto favorevoli", aggiunge. Per le aziende che si preoccupano della sicurezza dei loro dati, il gruppo di Mutlu potrebbe studiare la sicurezza dei computer PIM.