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有一種管理CPU快速存取內(nèi)存的新流程，使速度提升了兩倍之多，耗能減少高達(dá)72%。據(jù)這種流程的設(shè)計(jì)師稱，實(shí)現(xiàn)這類卓越成果需要改變計(jì)算機(jī)中控制這一關(guān)鍵內(nèi)存的部件：直接布線至CPU電路進(jìn)行控制若交由操作系統(tǒng)處理，速度就可大幅提升。

CPU將高速內(nèi)存緩存作為一種數(shù)字暫存區(qū)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(shù)據(jù)，是CPU的工作臺(tái)。從智能手機(jī)到服務(wù)器，幾乎每一個(gè)CPU都是用其電路中內(nèi)置的算法管理進(jìn)出緩存的比特流的。

但是麻省理工學(xué)院的兩位研究人員說，隨著計(jì)算機(jī)和便攜設(shè)備的內(nèi)存和CPU核數(shù)不斷增多，完全由CPU來管理緩存也越來越不現(xiàn)實(shí)。他們說，操作系統(tǒng)最好能分擔(dān)這項(xiàng)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(shù)）中，應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)內(nèi)核就參與了低級(jí)CPU內(nèi)存管理。麻省理工學(xué)院的Jigsaw技術(shù)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(nèi)存緩存，從而避免編程成為內(nèi)存管理的噩夢(mèng)。

麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)及人工智能實(shí)驗(yàn)室助理教授、Jigsaw發(fā)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(dān)任何一項(xiàng)能想象到的工作，從單純的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算（對(duì)緩存而言是一個(gè)小負(fù)擔(dān)）到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器組的密集搜索和查詢（可能會(huì)超越它們的極限）。此外，CPU對(duì)其所開展的工作類型并無深刻的認(rèn)識(shí)。這意味著利用與圖譜搜索（對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)之間關(guān)系進(jìn)行的占用內(nèi)存的搜索）一樣的緩存資源就可進(jìn)行自成一體、包含復(fù)雜方程式的數(shù)值模擬，幾乎不需要訪問內(nèi)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(tǒng)減小緩存規(guī)模，進(jìn)行純計(jì)算，并擴(kuò)充其設(shè)置進(jìn)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(gè)可實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)核心中緩存活動(dòng)的簡(jiǎn)單硬件。有了硬件緩存監(jiān)視器，Jigsaw就具備了充當(dāng)CPU緩存空中交通管制員所需的獨(dú)立監(jiān)視能力。

桑切斯和貝克曼說，然后最多需要給操作系統(tǒng)內(nèi)核再增加幾千行代碼即可。考慮到之前Linux內(nèi)核提供了1500萬行代碼，而非官方的數(shù)字稱，蘋果和微軟的內(nèi)核則比這個(gè)數(shù)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(gè)更為突出的特別之處是嵌入操作系統(tǒng)的一個(gè)軟件模塊，研究人員稱其為Peekahead。這種模塊是根據(jù)十多年前北京的計(jì)算機(jī)科學(xué)家們開發(fā)的Lookahead緩存改造而成的。Peekahead能預(yù)測(cè)內(nèi)核在未來時(shí)鐘周期內(nèi)要進(jìn)行的工作，據(jù)此計(jì)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(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)木彺婀芾硐到y(tǒng)可能會(huì)將緩存縮小到最佳規(guī)模，每秒重復(fù)多次，但這樣會(huì)給CPU造成負(fù)擔(dān)。需要大量CPU時(shí)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(gè)快速完成工作的方法，以保證開銷不會(huì)超過收益。”

總部位于加利福尼亞山景城的半導(dǎo)體咨詢公司林利集團(tuán)的林利?格溫耐普（Linley Gwennap）說，他對(duì)Jigsaw印象深刻，但要注意晶圓廠還未完全作好準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)軟件，客戶們對(duì)此不太喜歡。”

桑切斯反駁說，軟件應(yīng)用和實(shí)用程序不會(huì)受到Jigsaw的影響。他說：“只有操作系統(tǒng)代碼需要熟悉硬件知識(shí)，如緩存不同部分的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。”

密歇根大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授杰森?瑪爾斯（Jason Mars）說，作為概念驗(yàn)證手段，Jigsaw很有效，但他說芯片制造商在他們認(rèn)為適當(dāng)之處可能進(jìn)行調(diào)整。

“這項(xiàng)工作的奇妙之處與軟硬件之間的協(xié)同設(shè)計(jì)有關(guān)。”瑪爾斯說，“以往的大部分工作都偏向一個(gè)方向。預(yù)期在硬件中完成的工作較多，相對(duì)靈活性較少。Jigsaw確實(shí)創(chuàng)建了一套涵蓋了硬件和軟件的全面體系。”