A számítási teljesítmény fejlődése évtizedek óta Moore-törvénye szerint fejlődik, azaz nagyjából exponenciális pályát követ. A tranzisztorok zsugorodásával egyre több bináris kapcsolóelem fér el egy számítógépes chipen, ami növeli a számítási teljesítményt. A tranzisztoros chipek fizikai korlátai azonban lelassították ezt a növekedési trendet, sőt akár idővel véget is vethetnek a Moore-törvénye által meghatározott korszaknak. Mivel hamarosan már nem leszünk képesek kisebb tranzisztorokat gyártani, chipgyártókat és szoftverfejlesztők kénytelenek lesznek új módszerek után nézni, hogy tovább növelhessék a sebességet és a hatékonyságot.
A számítási teljesítmény növelése érdekében a Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) kutatói kifejlesztettek egy OpenCGRA nevű eszközt, amely felgyorsítja az új, úgynevezett durva szemcséjű, rekonfigurálható tömb (coarse-grained reconfigurable array - CGRA) chiparchitektúrák tervezését, hogy nagyobb feldolgozási teljesítményt és hatékonyságot érjenek el anélkül, hogy több, kisebb tranzisztorból próbálnának meg előnyt szerezni.
A CGRA-k felgyorsíthatják az olyan erőforrás-igényes alkalmazásokat, mint a multimédia vagy a gépi tanulás. Ezek algoritmusai gyorsan fejlődnek, így a számítógép-architektúráknak is velük együtt kell változniuk. Az OpenCGRA-t úgy tervezték, hogy segítsen a kutatóknak és az iparnak felgyorsítani ezt a változást.
A CGRA-k olyan hardveres gyorsítók, amelyek a jelenlegi általános célú processzorokkal (közismert nevükön CPU-kkal) versenyképes tervezési rugalmasságot mutatnak, ugyanakkor az alkalmazásspecifikus integrált áramkörökhöz (ASIC) hasonlóan magas az energiahatékonyságuk. A CGRA-k hardver-szoftver együtt-tervezési elemei - megfelelő tervezés esetén - minimális energiafelhasználás mellett maximalizálhatják a számítási teljesítményt - olvasható az intézet híroldalán.
"Az OpenCGRA segít a különböző tudományterületek kutatóinak az számítógéptudósokkal való együttműködésben a potenciális CGRA-k kifejlesztésében a felső szintű modellektől a hardvertervekig" - mondta Cheng Tan, a PNNL komputertudósa, az IEEE 38th International Conference on Computer Design konferencián közzétett tanulmány vezető szerzője.
Az OpenCGRA lehetővé teszi a hardver tervezését és ellenőrzését, míg a CGRA-k újra konfigurálhatósága révén elkerülhető az ASIC-gyorsítók tervezése minden ismert és előre nem látható kernelhez, így nincs szükség a több milliárd dolláros gyártási létesítmény folyamatos újrahasználatára. A különböző CGRA-modellek modellezésével, validálásával és értékelésével a szoftver a több hónapos hardvertervezést és az esetlegesen többéves prototípuskészítést és gyártást csak órákig tartó szimulációra és értékelésre csökkenti.
Míg más modellezési módszerek a CGRA-tervezés egy adott szempontjának elemzésére specializálódnak, az OpenCGRA modellezési lehetőségei lehetőséget adnak a felhasználóknak, hogy olyan CGRA-t hozzanak létre, amelyet teljes mértékben az egyéni igényeiknek megfelelően optimalizáltak.
A globálisan egyre gyorsuló technológiai változások mellett a CGRA-k rugalmassága és hatékonysága lehetőséget teremt arra is, hogy ez az architektúra a chiptervezés élvonalába kerüljön. Az OpenCGRA automatizált megoldása a tervezési folyamat során történő újrakonfigurációra várhatóan felgyorsíthatja a CGRA fejlesztését.
"Az OpenCGRA áttörést jelent abban a törekvésben, hogy a hardvertervezési eszközöket az informatikusok szélesebb köre számára is megnyissuk, és a felhasználók kezébe adjuk a célzottan tervezett számítástechnikai architektúrák erejét" - mondta Kevin Barker számítógéptudós, a tanulmány társszerzője.
Az OpenCGRA nyílt forráskódú szoftverként szabadon elérhető a GitHubon.
