━━━━━━

有一種管理CPU快速存取內存的新流程，使速度提升了兩倍之多，耗能減少高達72%。據這種流程的設計師稱，實現這類卓越成果需要改變計算機中控制這一關鍵內存的部件：直接布線至CPU電路進行控制若交由操作系統處理，速度就可大幅提升。

CPU將高速內存緩存作為一種數字暫存區域。緩存主要是保存CPU可能很快用到的指令或是需要處理的數據，是CPU的工作臺。從智能手機到服務器，幾乎每一個CPU都是用其電路中內置的算法管理進出緩存的比特流的。

但是麻省理工學院的兩位研究人員說，隨著計算機和便攜設備的內存和CPU核數不斷增多，完全由CPU來管理緩存也越來越不現實。他們說，操作系統最好能分擔這項工作。

這種想法本身并不是全新的概念。在IBM的一些Cell處理器以及索尼的PlayStation 3（基于Cell技術）中，應用程序和操作系統內核就參與了低級CPU內存管理。麻省理工學院的Jigsaw技術的特別之處在于其中立的方法，軟件無需太多控制便能配置芯片上的一些內存緩存，從而避免編程成為內存管理的噩夢。

麻省理工學院計算機科學及人工智能實驗室助理教授、Jigsaw發明者之一丹尼爾?桑切斯（Daniel Sanchez）說：“幾年前，人人都在抱怨，說雖然推出了PlayStation 3，但沒有人能把程序編好。”

通常由CPU硬件控制所有的芯片緩存，但這些緩存必須承擔任何一項能想象到的工作，從單純的浮點數運算（對緩存而言是一個小負擔）到計算機存儲器組的密集搜索和查詢（可能會超越它們的極限）。此外，CPU對其所開展的工作類型并無深刻的認識。這意味著利用與圖譜搜索（對存儲數據之間關系進行的占用內存的搜索）一樣的緩存資源就可進行自成一體、包含復雜方程式的數值模擬，幾乎不需要訪問內存。

因此桑切斯和他的研究生南森?貝克曼（Nathan Beckmann）想，為什么不讓操作系統減小緩存規模，進行純計算，并擴充其設置進行圖譜搜索呢？

他們說，第一步是將CPU占用空間的約1%分給一個可實時監控每個核心中緩存活動的簡單硬件。有了硬件緩存監視器，Jigsaw就具備了充當CPU緩存空中交通管制員所需的獨立監視能力。

桑切斯和貝克曼說，然后最多需要給操作系統內核再增加幾千行代碼即可。考慮到之前Linux內核提供了1500萬行代碼，而非官方的數字稱，蘋果和微軟的內核則比這個數字還多幾千萬行，所以增加幾千行并不多。

桑切斯說，Jigsaw其中一個更為突出的特別之處是嵌入操作系統的一個軟件模塊，研究人員稱其為Peekahead。這種模塊是根據十多年前北京的計算機科學家們開發的Lookahead緩存改造而成的。Peekahead能預測內核在未來時鐘周期內要進行的工作，據此計算最佳CPU緩存配置。

桑切斯說：“如果交由軟件管理，那么就必須要注意開銷了。”他說設計不當的緩存管理系統可能會將緩存縮小到最佳規模，每秒重復多次，但這樣會給CPU造成負擔。需要大量CPU時間的CPU效率算法的意義何在？他說：“精確解非常昂貴。所以我們必須找到一個快速完成工作的方法，以保證開銷不會超過收益。”

總部位于加利福尼亞山景城的半導體咨詢公司林利集團的林利?格溫耐普（Linley Gwennap）說，他對Jigsaw印象深刻，但要注意晶圓廠還未完全作好準備。“一般來說，問題是，在一種處理器上奏效的方案，在另一種具有不同硬件設計的處理器上可能不起作用。”他說道，“處理器一有變化，就不得不重新設計軟件，客戶們對此不太喜歡。”

桑切斯反駁說，軟件應用和實用程序不會受到Jigsaw的影響。他說：“只有操作系統代碼需要熟悉硬件知識，如緩存不同部分的拓撲結構。”

密歇根大學計算機科學助理教授杰森?瑪爾斯（Jason Mars）說，作為概念驗證手段，Jigsaw很有效，但他說芯片制造商在他們認為適當之處可能進行調整。

“這項工作的奇妙之處與軟硬件之間的協同設計有關。”瑪爾斯說，“以往的大部分工作都偏向一個方向。預期在硬件中完成的工作較多，相對靈活性較少。Jigsaw確實創建了一套涵蓋了硬件和軟件的全面體系。”