[論文レビュー] Multi-core: Adding a New Dimension to Computing

Md Tanvir Al Amin|arXiv (Cornell University)|Nov 15, 2010

Parallel Computing and Optimization Techniques参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本稿は、クロック周波数の向上からプロセッサコアの数を増やすことへのシフトにより、計算性能の成長を維持するための新しいパラダイムとしてマルチコアプロセッサを提唱する。最先端のマルチコア技術および並列処理のソフトウェア支援をレビューし、今後数十年にわたり一般化する並列処理がコンピューティングを規定すると結論づける。

ABSTRACT

Invention of Transistors in 1948 started a new era in technology, called Solid State Electronics. Since then, sustaining development and advancement in electronics and fabrication techniques has caused the devices to shrink in size and become smaller, paving the quest for increasing density and clock speed. That quest has suddenly come to a halt due to fundamental bounds applied by physical laws. But, demand for more and more computational power is still prevalent in the computing world. As a result, the microprocessor industry has started exploring the technology along a different dimension. Speed of a single work unit (CPU) is no longer the concern, rather increasing the number of independent processor cores packed in a single package has become the new concern. Such processors are commonly known as multi-core processors. Scaling the performance by using multiple cores has gained so much attention from the academia and the industry, that not only desktops, but also laptops, PDAs, cell phones and even embedded devices today contain these processors. In this paper, we explore state of the art technologies for multi-core processors and existing software tools to support parallelism. We also discuss present and future trend of research in this field. From our survey, we conclude that next few decades are going to be marked by the success of this Ubiquitous parallel processing.

研究の動機と目的

• クロック周波数とミニチュア化の物理的限界により、単一コアCPUの性能向上が停滞していることに対処する。
• 周波数スケーリングの終焉に伴い、継続的な計算要求に応えるためにマイクロプロセッサ産業が周波数スケーリングからマルチコアスケーリングへシフトした経緯を説明する。
• マルチコアアーキテクチャ上で効果的な並列プログラミングを可能にする既存の技術およびソフトウェアツールを調査する。
• マルチコアコンピューティング分野における現在および将来の研究動向を分析し、産業の長期的方針を予測する。

提案手法

• 1948年以降の半導体エレクトロニクスおよびトランジスタ技術の進歩をレビューし、コンピューティングパラダイムの変化を文脈づける。
• クロック周波数とデバイスのミニチュア化に基づく伝統的なパフォーマンススケーリングを停止させた物理的・技術的制限を分析する。
• 統合密度と並列実行を強調し、スケーラブルな代替手段としてのマルチコアプロセッサアーキテクチャを検討する。
• マルチコアプラットフォーム上で並列プログラミングを支援するためのソフトウェアツールおよびランタイムシステムを調査する。
• 学術的および産業的リサーチの動向を統合し、マルチコアコンピューティングの進化を予測する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 単一コアCPUのクロック周波数上昇を制限した根本的な物理的限界とは何か？
• RQ2 周波数スケーリングの終焉に伴い、継続的な高い計算パワー要求に応えるためにマイクロプロセッサ産業はどのように対応したか？
• RQ3 マルチコアプロセッサの効果的利用を可能にする技術およびソフトウェア支援システムとは何か？
• RQ4 マルチコアコンピューティング分野における現在および新たな研究動向は何か？ そしてそれらは並列処理の将来をどのように形作るか？

主な発見

• より高いクロック周波数とより小さなトランジスタの探求は物理的限界に達し、単一コアプロセッサにおける伝統的なパフォーマンススケーリングが停止した。
• マルチコアプロセッサが支配的ソリューションとして登場し、周波数の上昇ではなく並列処理の増加によってパフォーマンススケーリングを実現している。
• マルチコア技術はすでに広く普及しており、デスクトップ、ラップトップ、PDA、モバイルフォン、組み込みシステムに至るまで至る。
• 研究者および産業界は、マルチコアプラットフォーム上の並列プログラミングを支援するためのツールおよび技術を活発に発展させている。
• 本稿は、今後数十年はマルチコアアーキテクチャが駆動する一般化する並列処理の台頭によって規定されるだろうと結論づける。