Современная электроника №4/2019

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2019 на одном процессорном кристалле или в одном корпусе. Преимущества многоядерных про- цессоров: возможность распределять работу программ, например основных задач приложений и фоновых задач операционной системы, по несколь- ким ядрам, увеличивать скорость рабо- ты программ и процессов, требующих интенсивных вычислений. Недостат- ки многоядерных процессоров: высо- кая себестоимость их производства по сравнению с одноядерными и возрос- шее энергопотребление, которое тре- бует применения мощных схем пита- ния и системы охлаждения. Количе- ство программ, оптимизированных под многоядерность, ничтожно мало, поэ- тому они просто не могут задейство- вать вычислительную мощь дополни- тельных ядер. В настоящее время мно- гоядерные процессоры используются крайне неэффективно. Проблема обе- спечения высокопроизводительных вычислений перемещается теперь из области компьютерного оборудования в сферу параллельного программиро- вания – и здесь нужны новые идеи и перспективные технологии для органи- зации массового производства парал- лельных программ. В многоядерных, многопроцессор- ных вычислительных системах для задач, требующих интенсивных, но нерегулярных межпроцессорных обме- нов и обращений к системе распреде- лённой памяти, реальная производи- тельность системы снижается. Одна из основных причин такого явления – несоответствие между «жёсткой» архи- тектурой многопроцессорной вычис- лительной системы и информаци- онной структурой решаемых задач. Устранить этот недостаток можно путём построения вычислительной системы с реконфигурируемой струк- турой на основе ПЛИС (см. рис. 7). Основные принципы создания реконфигурируемой вычислительной системы на основе полей ПЛИС заклю- чаются в следующем: 1. Некоторое множество ПЛИС объе- диняется в единое вычислительное поле. 2. С помощью средств автоматического проектирования и структурного про- граммирования в поле ПЛИС созда- ётся последовательная вычислитель- ная структура, адекватная графу ре- шаемой задачи. 3. Если аппаратные ограничения поля ПЛИС не позволяют отобразить весь граф решаемой задачи, то последний предварительно разрезается на не- пересекающиеся подграфы таким образом, чтобы каждый из них мог быть структурно реализован в имею- щемся поле ПЛИС. С помощьюПЛИС строится вычислительное поле путём их объединения в некоторую струк- туру, например ортогональную ре- шётку. В рамках этого поля каждый раз будет формироваться проблем- но-ориентированная структура, ко- торая наилучшим образом отвечает структуре решаемой задачи. Квантовые компьютеры в корне отличаются от классических по прин- ципу работы. Их архитектура постро- ена вокруг кубитов, а не бит. Главное отличие квантового компьютера от обычного – это принцип суперпози- ции, благодаря которому вместо выбо- ра между 1 и 0 (бит) устройство спо- собно вычислять задачи, одновремен- но учитывая и 1, и 0. Таким образом, во внимание одновременно прини- мается вся совокупность возможных решений. Чтобы принцип суперпозиции дей- ствовал, квантовые компьютеры следу- ет эксплуатировать при максимально низких температурах, например внутри системы D-Wave 2000Q температура в Программируемые соединения Конфигурируемый логический блок Блок ввода-вывода Рис. 6. Структурная схема многоядерной архитектуры процессоров Telera Рис. 7. Обобщённая структура ПЛИС – FPGA