سریع‌ترین پردازنده ساخت بشر توسط دارپا

دارپا قصد دارد با همکاری اینتل و کوالکام طی پروژه‌ای با نام هایو، کامپیوتری با پردازنده‌های ۱۰۰۰ برابر بهینه‌تر از بهترین سوپرکامپیوترهای فعلی بسازد.

با توجه به رشد روزافزون اطلاعات خام، نیاز به روش‌های جدید برای پردازش داده‌های انبوه و حجیم بیش از پیش احساس می‌شود. پردازش حجم بالای داده‌ها، نیازمند معماری جدیدی برای کامپیوترها است. به همین دلیل است که آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته‌ی دفاعی آمریکا (DARPA) با همکاری اینتلو کوالکام در حال توسعه‌ی نسل جدیدی از پردازنده‌ها هستند. پروژه‌ی دارپا که هایو (HIVE) نام دارد، قرار است در نهایت منجر به توسعه‌ی نسل جدیدی از پردازنده‌های آنالیز گراف شود که بازده «عملکرد بر وات» آن بیش از ۱۰۰۰ برابر پردازنده‌های فعلی است.

پردازنده‌های امروزی همگی بر مبنای معماری فون نویمان ساخته می‌شوند. بر اساس این معماری، پردازنده از قسمت‌های مختلفی با نام واحد محاسبه و منطق (ALU)، واحد کنترل (CU)، مموری و ورودی/خروجی (I/O) تشکیل می‌شود. اگرچه این معماری در حال حاضر مبنای اکثر کامپیوترهای جهان را تشکیل می‌دهد و بسیاری از محاسبات مورد نیاز بشر را با سرعت خوبی به انجام می‌رساند؛ اما برای پردازش داده‌های انبوه چندان بهینه نیست.

به بیان ساده، منظور از داده‌های عظیم (Big Data)، داده‌های مسائلی است که در آن‌ها ارتباط بین «تعداد زیادی متغیر با تعداد زیادی متغیر» (many-to-many) مورد توجه است. برای حل چنین مسائلی نیاز به پردازنده‌های مخصوص آنالیز گراف وجود دارد. این در حالی است که پردازنده‌های امروزی برای حل مسائلی بهینه شده‌اند که در آن رابطه‌ی «یک متغیر با یک متغیر» (one-to-one) یا «یک متغیر با تعداد زیادی متغیر» (many-to-one) بررسی می‌شود.

به همین دلیل است که دارپا قصد دارد با همکاری شرکت‌های بزرگ ساخت پردازنده، طی پروژه‌ای ۴ ساله با بودجه‌ی ۸۰ میلیون دلار، پلتفرم جدیدی برای پردازش داده‌های انبوه توسعه بدهد. ترانگ ترن، از مدیران دارپا، در این باره می‌گوید:

طی سال‌های گذشته، CPU و GPU-ها به‌موازات یکدیگر پیشرفت زیادی کرده‌اند؛ اما هر دو همچنان از معماری فون نویمان استفاده می‌کنند. هایو یک پلتفرم پردازشی غیر فون نویمان است که می‌تواند داده‌های مختلف را در قسمت‌های مختلف مموری به‌صورت هم‌زمان پردازش کند. با استفاده از این روش، یک نقشه‌ی عظیم از مموری ایجاد می‌شود که چندین پردازنده به‌صورت هم‌زمان می‌توانند به آن دسترسی داشته باشند.

از کاربردهای نظامی چنین پروژه‌ای می‌توان به توانایی جلوگیری از حملات سایبری گسترده و فلج‌کننده و از کاربردهای غیر نظامی آن می‌توان به توانایی تشخیص زودهنگام شیوع بیماری‌های مهلک، تشخیص خرابی پیش از وقوع در تجهیزات زیرساخت، تحلیل رفتار افراد در شبکه‌های اجتماعی و پردازش سریع و بهینه‌ی انبوه اطلاعات کاربران خرده‌فروشی‌های آنلاین اشاره کرد. (نگاشت تعداد زیادی از کاربران به تعداد زیادی پست یا محصول، نمونه‌ای از مسائل با رابطه‌ی many-to-many است.) هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی با پیشرفت روزافزون خود قادر خواهند بود حجم انبوهی از اطلاعات خام را به‌صورت گراف طبقه‌بندی کنند. با پردازش این داده‌ها توسط یک پلتفرم آنالیز گراف قدرتمند مانند هایو، روابط علت و معلولی بسیاری که تا پیش از این از چشم انسان مخفی مانده بود، در آینده‌ای نزدیک آشکار خواهد شد.

ترن در این باره می‌گوید:

با استفاده از هایو، دانشمندان آنالیز داده قادر خواهند بود پاسخ مسائلی را پیدا کنند که تا پیش از این به دلیل قدرت پردازشی بالای مورد نیاز، حل آن‌ها غیر عملی تصور می‌شد.

بنا به اعلام اینتل، هدف نهایی هایو ساخت پلتفرمی ۱۶ گره‌ای است که میزان «عملکرد بر وات» (PPW) آن ۱۰۰۰ برابر بهتر از بهترین سوپرکامپیوترها و سخت‌افزارهای آنالیز گراف امروزی خواهد بود. به‌جز اینتل و کوالکام، لابراتوار ملی پسیفیک نورث‌وست، دانشگاه جورجیا تک و شرکت نظامی نورث‌گروپ گرومن نیز در این پروژه با دارپا همکاری می‌کنند.

در صورت به بار نشستن پروژه، تمامی مشارکت‌کنندگان در آن به‌ویژه اینتل و کوالکام، امتیاز کامل تجاری‌سازی پردازنده و مموری‌های مبتنی بر معماری هایو را در اختیار خواهند داشت.