Абсолютно новый тип вычислительной архитектуры, кардинально отличной от традиционной архитектуры фон Неймана, разрабатывается сейчас в рамках программы Управлении перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA под названием HIVE (Hierarchical Identify Verify Exploit). На эту программу, рассчитанную на четыре с половиной года, выделено 80 миллионов долларов финансирования. В ней принимают участие такие известные чипмейкеры, как Intel и Qualcomm, компания Northrop Grumman и ученые из нескольких национальных лабораторий и университетов.
Создаваемый в рамках программы процессор HIVE станет первым в мире специализированным граф-аналитическим процессором (graph analytic processor, GAP). “Если посмотреть на архитектуру любой из существующих вычислительных систем, она будет одним из вариантов архитектуры, разработанной Джоном фон Нейманом в 1940 году. В нынешних системах используются как центральные, так и графические процессоры, но ядра каждого из них являются отдельными процессорами фон Неймана” – рассказывает Транг Трэн (Trung Tran), один из руководителей программы HIVE.
“В силу особенностей новой архитектуры процессор HIVE будет способен одновременно выполнять произвольные задачи, использующие данные, хранящиеся в различных областях одного массива памяти. Кроме этого, к одному большому массиву памяти смогут обращаться сразу несколько процессоров, у каждого из которых будет иметься еще и своя локальная сверхскоростная память, предназначенная для хранения переменных и промежуточных данных” – рассказывает Транг Трэн.
В настоящее время на свете еще не существует граф-аналитических процессоров, но они, в теории, кардинально отличаются от традиционных процессоров. Во-первых, их архитектура оптимизирована для эффективной обработки информации, предоставленной в виде графов. А для этого, в свою очередь, требуется наличие новой архитектуры памяти, которая может обеспечивать доступ к произвольным адресам со скоростями в терабайты в секунду.
Нынешние чипы памяти обеспечивают максимальную скорость доступа к данным, хранящимся в массивах последовательных ячеек памяти. Когда же дело касается доступа к произвольным адресам, то быстродействие (эффективность) нынешней памяти резко снижается. Память для архитектуры HIVE должна будет обеспечить доступ к восьмибитным значениям, хранящимся в произвольных ячейках, с максимально возможной для этого скоростью.
Помимо нового типа памяти и контроллеров доступа к ней, архитектура HIVE подразумевает наличие в процессоре специализированного арифметического модуля (arithmetic-processing-unit, APU), способного производить на аппаратном уровне операции с данными графов. Все это вместе, согласно требованиям DARPA, должно потреблять в 1000 раз меньше энергии, требующейся современным суперкомпьютерам для проведения аналогичных расчетов. Согласно условиям программы, ее участники, в частности Intel и Qualcomm, смогут использовать все наработки, включая и новую архитектуру памяти в своих будущих коммерческих продуктах.
И в заключение следует отметить, что граф-аналитические процессоры необходимы для организации эффективной обработки больших наборов данных. Они способны с большой эффективностью решать все основные задачи, связанные с большими объемами данных, в том числе и выискивать в них отношения типа “многие к многим”, “один к многим” и “многие к одному”. Типичным примером такой обработки является обработка данных о покупках, сделанных людьми в интернет-магазине Amazon. А результатом такой обработки станет карта соотношений “многие к многим”, которая может быть использована для определения интереса определенных людей к определенным продуктам.