Chrysanthos Pepi y el Dr. Paul Gratz parados frente a los clústeres de servidor HPRC. Crédito: Hayden Schonhoeft/Texas A&M Engineering
¿Qué sucede cuando los ingenieros de pioneros y los profesionales de la industria se unen? La respuesta puede transformar el futuro de la eficiencia informática para los centros de datos modernos.
Los centros de datos albergan y usan computadoras grandes para ejecutar grandes cantidades de datos. A menudo, los procesadores no pueden mantenerse al día con esta carga de trabajo porque es agotador predecir y preparar instrucciones para llevar a cabo. Esto ralentiza el flujo de datos. Por lo tanto, cuando escribe una pregunta en un motor de búsqueda, la respuesta genera más lentamente o no proporciona la información que necesita.
Para remediar este problema, los investigadores de la Universidad de Texas A&M desarrollaron una nueva técnica llamada SKIA en colaboración con Intel, el futuro y Princeton para ayudar a los procesadores informáticos a predecir mejor instrucciones futuras y mejorar el rendimiento informático.
El equipo incluye al Dr. Paul V. Gratz, profesor en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, el Dr. Daniel A. Jiménez, profesor en el Departamento de Ciencias de la Computación e Ingeniería, y Chrysanthos Pepi, un estudiante graduado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.
“Las instrucciones de procesamiento se han convertido en un importante cuello de botella en el diseño moderno del procesador”, dijo Gratz. “Desarrollamos una nueva técnica, Skia, para predecir mejor lo que vendrá después y aliviar ese cuello de botella”.
Un problema común para las cargas de trabajo modernas del centro de datos es que el flujo de instrucciones, los pasos que una computadora debe tomar para el procesamiento, puede ser demasiado grande o difícil de procesar. Skia, una palabra griega para la sombra, no solo puede ayudar a predecir mejor las instrucciones futuras, sino que, en base a esa información, puede mejorar el rendimiento de las instrucciones en el sistema. El rendimiento se refiere a unidades de procesamiento completado por unidad de tiempo.
“Piense en el rendimiento en términos de ser un servidor en un restaurante”, dijo Gratz. “Tienes muchos trabajos que hacer. ¿Cuántas tareas puedes completar o cuántas instrucciones puedes ejecutar por unidad de tiempo? ¿Quieres un alto rendimiento, especialmente para la informática”.
Mejorar el rendimiento puede conducir a un rendimiento más rápido y a menos consumo de energía para el centro de datos.
“Hay nuevos cuellos de botella en las cargas de trabajo del centro de datos asociados con la huella de instrucciones y, al solucionarlos, podemos hacer que el hardware se asigne mejor y sea adecuado para esa carga de trabajo”, agregó Gratz.
“Si lo hacemos hasta un 10% más eficiente, una compañía previamente necesitaba hacer 100 centros de datos en todo el país, ahora solo necesita hacer 90, que es 10 centros de datos menos. Eso es bastante significativo. Estos centros de datos cuestan millones de dólares y consumen aproximadamente el equivalente de todo el resultado de una planta de energía”.
En los centros de datos, los procesadores modernos mejoran la eficiencia al predecir las instrucciones y recuperarlas antes de que sean necesarias, dependiendo de un sistema conocido como Fetch Directs Instruction Presting (FDIP). FDIP utiliza la unidad de predicción de rama para anticipar y obtener instrucciones.
Sin embargo, a medida que las aplicaciones del centro de datos se vuelven más complejas, pueden ocurrir problemas cuando el búfer de destino de la rama (BTB), que ayuda a monitorear y rastrear las instrucciones, fallas. Esto dificulta la efectividad de FDIP, causando predicciones incorrectas y contaminación del caché. Muchas de estas ramas perdidas, denominadas “ramas de sombras”, existen en líneas de caché previamente obtenidas, pero no están siendo utilizadas por la secuencia de instrucciones actual y permanecen sin decodificar.
Skia identifica y decodifica estas ramas de sombra en bytes no utilizados, almacenándolas en un área de memoria llamada búfer de rama de sombra, a la que se puede acceder junto al BTB.
“Lo que hace que esta técnica sea interesante es que la mayoría de las instrucciones futuras ya estaban disponibles, y demostramos que Skia, con un presupuesto de hardware mínimo, puede hacer que los centros de datos sean más eficientes, casi el doble de mejora del rendimiento en lugar de agregar la misma cantidad de almacenamiento al hardware existente que observamos”, dijo Pepi.
Sus hallazgos, “Skia: Exposing Shadow Branchas”, se publicaron en la Conferencia Internacional de ACM sobre apoyo arquitectónico para lenguajes de programación y sistemas operativos. El equipo también viajó a los Países Bajos para presentar su trabajo a colegas de todo el mundo.
Otros colaboradores en el proyecto incluyen a David I. August, profesor en el Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Princeton, Krishnam Tibrewala, un estudiante graduado en el Departamento de Ciencias de la Computación e Ingeniería en Texas A&M, Gilles Pokam, un ingeniero principal directora de la Corporación Intel y Bhargav Reddy Goddy Godala y Gino Chacon, la unidad de procesamiento central de la unidad de procesamiento de la unidad de procesamiento central en el futuro.
Más información: Chrysanthos Pepi et al, Skia: Exposición de ramas en la sombra, Actas de la 30ª Conferencia Internacional de ACM sobre soporte arquitectónico para lenguajes de programación y sistemas operativos, Volumen 2 (2025). Doi: 10.1145/3676641.3716273
Proporcionado por Texas A&M University College of Engineering
Cita: la técnica de Skia decodifica las ‘ramas de sombra’ para aumentar la eficiencia del centro de datos (28 de abril, 28 de abril) recuperado el 28 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-skia-technique-decodes-shadow-boost.html
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