Архитектура граф-аналитического процессора HIVE как новый этап в информационном обществе

В настоящее время обозначилась проблема необходимости разработки новых архитектур для вычислительных машин, несмотря на то, что всё также остаётся актуальной изобретённая архитектура в 1940 году фон Нейманом. Информационное общество не стоит на месте и развивается. В аспекте практической необходимости можно говорить о значимости новых изобретений в сфере архитектуры построения процессоров компьютера, ведь современный компьютер теперь должен обладать большой эффективностью, решать все задачи, связанные с большими объемами данных.

Все современные компьютеры основаны на версии циклического процессора последовательной обработки информации, более известной, как архитектура фон Неймана (см. Рис 1). Данная архитектура является принципом совместного хранения данных и программ в памяти компьютера. Общий принцип данной архитектуры заключается в том, что процессорный модуль физически отделён от устройств хранения программ и данных.

Рис.1- Архитектура фон Неймана

Возможность выполнения нескольких инструкций за один такт процессора способствовало значительному увеличению производительности.

В настоящее время в рамках программы Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA разрабатывается новая архитектура - HIVE (HierarchicalIdentifyVerifyExploit). Данная архитектура всецело отличается от привычной всем архитектуры фон Неймана и является новым типом вычислительной архитектуры. В разработке принимают участие Intel и Qualcomm, компания NorthropGrumman и ученые из национальных лабораторий и университетов.

Особенность данной архитектуры заключается в том, что HIVE сможет одновременно выполнять любые задачи, использующие данные, хранящиеся в различных областях одного массива памяти. Также к одному большому массиву памяти смогут обращаться сразу несколько процессоров.У каждого из процессоров будет иметься своя локальная сверхскоростная память, для хранения промежуточных данных и переменных.

Процессор HIVE станет первым в мире специализированным граф-аналитическим процессором. Архитектура всех существующих вычислительных систем и компьютеров будет вариантом архитектуры фон Неймана. В Современных системах используются как центральные, так и графические процессоры, при этом ядра каждого являются независимыми процессорами фон Неймана.

В настоящее время на свете еще не существует граф-аналитических процессоров, но они кардинально отличаются от традиционных процессоров. Ведь их архитектура оптимизирована для эффективной обработки информации, предоставленной в виде графов. А для этого требуется наличие новой архитектуры памяти, которая может обеспечивать доступ к произвольным адресам с огромной скоростью в секунду.

В настоящее время чипы памяти обеспечивают максимальную скорость доступа к данным, хранящимся в массивах последовательных ячеек памяти. Но когда необходим доступ к произвольным адресам, быстродействие памяти резко снижается. Память для архитектуры HIVE будет обеспечить доступ к восьмибитным значениям, хранящимся в любых ячейках, с максимальной для этого скоростью.

Также архитектура HIVE подразумевает наличие в процессоре специализированного арифметического модуля, способного производить на аппаратном уровне операции с данными графов. Все указанные модули и компоненты, согласно требованиям DARPA, должны потреблять меньше энергии, требующейся современным компьютерам для проведения аналогичных расчетов. Компании Intel и Qualcomm смогут использовать все наработки, включая и новую архитектуру памяти в своих будущих коммерческих продуктах.

В заключение следует отметить, что граф-аналитические процессоры необходимы для нового витка в информационных технологиях, ведь он создан для организации эффективной обработки больших наборов данных. Они способны с большой эффективностью решать все 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".