דרפ”א מממנת פיתוח של מעבד מסוג חדש – מעבד ניתוח גרפים

מעבד מסוג חדש לגמרי בשם HIVE שאינו בארכיטקטורת פון ניומן ממומן על ידי דרפא (DARPA), הסוכנות לפרויקטי מחקר צבאיים מתקדמים של ארצות הברית, בסכום של 80 מיליון דולר על פני ארבע וחצי שנים. 

יצרניות השבבים אינטל וקוואלקום משתתפות בפרויקט, יחד עם מעבדה לאומית, אוניברסיטה וקבלנית משרד ההגנה נורתרופ גרומן. המעבדה הלאומית של צפון מערב הפסיפיק (ריצ’לנד, וושינגטון) ואוניברסיטת ג’ורג’יה טק עוסקות ביצירת כלי תוכנה עבור המעבד ונורתרופ גרומן תבנה מרכז בבולטימור שיחשוף ויעביר את צורכי ניתוח הגרפים של משרד ההגנה למה שמכונה מעבד ניתוח הגרפים (GAP) הראשון בעולם.

“כשאנחנו מתבוננים בארכיטקטורות של מחשבים כיום, הם משתמשים באותה ארכיטקטורת [ג’ון] פון ניומן שהומצאה בשנות הארבעים. מעבדים מרכזיים ומעבדים גרפיים הפכו למקבילים, אבל כל אחת מהליבות היא עדיין מעבד פון ניומן”, אמר טרונג טראן, מנהל תוכנית במשרד לטכנולוגיות של מיקרו מערכות (MTO) בדרפא, ל-EE Times בראיון בלעדי.

HIVE הוא לא פון ניומן בגלל הדלילות של הנתונים שלו והיכולת לבצע בו-זמנית תהליכים שונים באזורים שונים של הזיכרון בו-זמנית”, אמר טרונג. “הגישה הלא- פון ניומנית הזאת מאפשרת מפה אחת גדולה שמעבדים רבים יכולים לגשת אליה באותו הזמן, כשכל אחד מהם משתמש בזיכרון טיוטה משלו ובו-זמנית מבצע פעולות פיזור ואיסוף בזיכרון גלובלי”.

מעבדי ניתוח גרפים לא קיימים כיום, אבל הם נבדלים תיאורטית ממעבדים מרכזיים וגרפיים באופנים חשובים. ראשית כל, הם ממוטבים לעיבוד של פרימיטיבים של גרפים דלילים. בגלל שהפריטים שהם מעבדים ממוקמים באופן דליל בזיכרון גלובלי, יש בהם גם ארכיטקטורת זיכרון חדשה שיכולה לגשת למיקומים בזיכרון שממוקמים באופן אקראי במהירויות גבוהות מאוד (עד טרה-בייטים לשנייה).

שבבי הזיכרון הנוכחיים ממוטבים לגישה למיקומים ברצף ארוך (כדי למלא את המטמונים שלהם) במהירויות הכי גבוהות שלהם, שהן בתחום האיטי בהרבה של גיגה-בייטים לשנייה. מעבדי HIVE, לעומת זאת, ייגשו לנתונים אקראיים של שמונה בייטים מזיכרון גלובלי במהירות הכי גבוהה שלהם, ואז יעבדו אותם באופן עצמאי באמצעות זיכרון הטיוטה שלהם. במיפרט של הארכיטקטורה כלולה גם יכולת הגדלה עד לכל מספר של מעבדי HIVE שיידרשו כדי לבצע אלגוריתם גרפים ספציפי.

“מכל הנתונים שנאספים כיום, רק כעשרים אחוז שימושיים — לכן הם דלילים — ומסיבה זאת הגרנולריות של שמונה בייטים שלנו הרבה יותר יעילה לבעיות של ביג דאטה”, אמר טראן.

ביחד, יחידת העיבוד האריתמטי החדשה שממוטבת לניתוח גרפים בתוספת השבבים עם ארכיטקטורת הזיכרון החדשה ישתמשו לפי המיפרט של דרפא בפי אלף פחות חשמל מאשר השימוש במחשבי העל הנוכחיים. המשתתפות, במיוחד אינטל וקוואלקום, יקבלו גם את הזכויות למסחר את ארכיטקטורות המעבד והזיכרון שהן ממציאות כדי ליצור HIVE.

מעבד ניתוח הגרפים נחוץ, לדברי דרפא, לבעיות של ביג דאטה, שבדרך כלל כוללות קשרי “רבים לרבים” ולא “רבים לאחד” או “אחד לאחד” שלהם המעבדים של היום ממוטבים. דוגמה צבאית, לדברי דרפא, יכולה להיות האיגרות הדיגיטליות הראשונות של מתקפת סייבר. דוגמה אזרחית, לדברי אינטל, יכולה להיות כל האנשים שקונים מאמזון שממופים לכל הפריטים שכל אחד מהם קנה (בבירור קשר הרבים לרבים מתאר את הקשר אנשים למוצרים).

“מנקודת המבט שלי, הבעיה הגדולה הבאה שצריך לפתור היא ביג דאטה, שכיום מנתחים אותו באמצעות רגרסיה שאינה יעילה לקשרים בין נתונים שהם מאוד דלילים”, אמר טראן. “מצאנו שהמעבד המרכזי והמעבד הגרפי משאירים פער גדול בין גודל הבעיה ועושר התוצאות, ואילו תורת הגרפים מתאימה באופן מושלם ואנחנו גם צופים לה שוק מסחרי מתפתח”.