Multi-Core-Prozessoren

Forscher versprechen Leistungssteigerung bis zu 40 Prozent

Forscher der Universität North Carolina haben eine Technik entwickelt, mit der sich die Leistung von Multi-Core-Prozessoren um 10 bis 40 Prozent steigern lassen soll.

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Intels Single Chip Cloud Computer mit 48 Kernen
Intels Single Chip Cloud Computer mit 48 Kernen (Bild: Intel)

Besseres Prefetching und eine effizientere Bandbreitenzuteilung der einzelnen Kerne sollen für mehr Leistung bei Multi-Core-Prozessoren sorgen. Bis zu 40 Prozent mehr Leistung verspricht eine Forschergruppe im Yan Solihin von der Universität North Carolina.

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Einer der auch in heutigen Prozessoren genutzten Ansätze zur Leistungssteigerung ist das sogenannte Prefetching. Jeder Kern verfügt über einen eigenen Cache, der per Prefetching entscheidet, welche Daten der Kern demnächst benötigen wird, und die Daten aus dem Speicher holt. Im Idealfall sorgt das für eine höhere Geschwindigkeit, liegt der Cache bei seiner Voraussage aber falsch, bremst dieses Vorgehen den Prozessor sogar aus.

Solihin und Kollegen haben nun Kriterien entwickelt, die das Prefetching verbessern sollen. Anhand dieser Kriterien und der Daten im Chip soll es möglich werden vorauszusagen, wann das Prefetching angebracht ist und wann es besser unterbleiben soll. Damit sollen Chiphersteller dann in der Lage sein, effizientere Prozessoren zu entwickeln, da die einzelnen Kerne das Prefetching im Bedarfsfall abschalten könnten.

Zweiter Ansatzpunkt der Forscher ist eine effizientere Zuteilung der verfügbaren Speicherbandbreite an die einzelnen Kerne, denn mit steigender Zahl von Prozessorkernen konkurrieren immer mehr Kerne um den Zugriff auf den Speicher. Zudem benötigen einige Kerne mehr Daten aus dem Speicher außerhalb des eigenen Caches.

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Mit einfach zu sammelnden Daten aus den Chips lässt sich erkennen, welcher Kern mehr Bandbreite benötigt, so die Forscher. Wird dies bei der Bandbreitenzuteilung berücksichtigt, lässt sich damit die Leistung des Chips steigern.

Durch Kombination der beiden Ansätze ist es den Forschern gelungen, die Leistung von Multi-Core-Prozessoren um bis zu 40 Prozent zu steigern, verglichen mit Chips, die kein Prefetching verwenden. Verglichen mit aktuellen Chips, die mit Prefetching arbeiten, erreichten die Forscher eine Leistungssteigerung um rund 10 Prozent.

Ihre Forschungsergebnisse haben Yan Solihin und Fang Liu unter dem Titel Studying the Impact of Hardware Prefetching and Bandwidth Partitioning in Chip-Multiprocessors veröffentlicht.

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