Thuật toán dự đoán tiêu thụ năng lượng bộ xử lý nhanh chóng

Các kỹ sư máy tính tại Đại học Duke đã phát triển một phương pháp trí tuệ nhân tạo (AI) mới có thể dự đoán chính xác tiêu thụ năng lượng của bất kỳ loại bộ xử lý máy tính nào. Tính năng ấn tượng nhất của phương pháp mới này là khả năng thực hiện việc này hơn một nghìn tỷ lần mỗi giây, đồng thời sử dụng rất ít năng lực tính toán.

Kỹ thuật APOLLO

Kỹ thuật mới này được gọi là APOLLO, và nó đã được kiểm nghiệm trên các vi xử lý hiệu suất cao trong thế giới thực. Nó có thể được áp dụng theo nhiều cách khác nhau, bao gồm cả cải thiện hiệu suất và thông báo sự phát triển của vi xử lý.

Nghiên cứu chi tiết về phương pháp mới này đã được công bố tại MICRO-54: Hội thảo quốc tế hàng năm lần thứ 54 về Kiến trúc máy tính của IEEE/ACM.

Zhiyao Xie là tác giả đầu tiên của bài báo và là ứng viên tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Yiran Chen, người là giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Duke.

“Đây là một vấn đề được nghiên cứu rộng rãi mà truyền thống đã phụ thuộc vào mạch điện tử bổ sung để giải quyết,” Xie nói. “Nhưng cách tiếp cận của chúng tôi chạy trực tiếp trên bộ xử lý trong nền, điều này mở ra nhiều cơ hội mới. Tôi nghĩ rằng đó là lý do tại sao mọi người hào hứng về nó.”

Bộ xử lý máy tính hiện đại

Bộ xử lý máy tính hiện đại phụ thuộc vào các chu kỳ tính toán được thực hiện 3 nghìn tỷ lần mỗi giây. Để duy trì hiệu suất và hiệu quả của chip, tiêu thụ năng lượng của những chuyển đổi nhanh này phải được theo dõi. Khi một bộ xử lý tiêu thụ quá nhiều năng lượng, nó có thể dẫn đến quá nóng và hư hỏng. Khi năng lượng thay đổi nhanh, nó có thể gây ra các vấn đề điện từ nội bộ dẫn đến bộ xử lý chậm hơn.

Phần mềm có thể dự đoán và ngăn chặn những cực端 này, và các kỹ sư máy tính có thể sử dụng nó để bảo vệ phần cứng và tăng hiệu suất. Tuy nhiên, quá trình này đòi hỏi phần cứng và năng lực tính toán bổ sung.

“APOLLO tiếp cận một thuật toán ước tính năng lượng lý tưởng, cả chính xác và nhanh, và có thể dễ dàng được tích hợp vào một lõi xử lý với chi phí năng lượng thấp,” Xie nói. “Và vì nó có thể được sử dụng trong bất kỳ loại đơn vị xử lý nào, nó có thể trở thành một thành phần chung trong thiết kế chip tương lai.”

Sử dụng trí tuệ nhân tạo

APOLLO dựa trên trí tuệ nhân tạo để thực hiện dự đoán. Thuật toán này dựa trên AI để xác định và chọn 100 tín hiệu trong số hàng triệu tín hiệu của bộ xử lý, tương quan với tiêu thụ năng lượng của nó. 100 tín hiệu này sau đó được sử dụng để xây dựng mô hình tiêu thụ năng lượng, và thuật toán theo dõi chúng để dự đoán hiệu suất của chip trong thời gian thực.

Quá trình này là tự động và dựa trên dữ liệu, có nghĩa là nó có thể được thực hiện trên gần như bất kỳ kiến trúc bộ xử lý máy tính nào.

“Sau khi AI chọn 100 tín hiệu, bạn có thể xem thuật toán và thấy chúng là gì,” Xie nói. “Nhiều lựa chọn có ý nghĩa trực quan, nhưng ngay cả khi chúng không, chúng có thể cung cấp phản hồi cho các nhà thiết kế bằng cách thông báo cho họ biết những quá trình nào liên quan mạnh nhất với tiêu thụ năng lượng và hiệu suất.”

Các nhà nghiên cứu cho biết thuật toán vẫn cần được thử nghiệm và đánh giá toàn diện trên các nền tảng khác nhau. Điều này là cần thiết trước khi nó có thể được áp dụng bởi các nhà sản xuất máy tính thương mại.