خوارزميات برمجية جديدة تساهم في تسريع معالجة البيانات ، لكن كيف ؟

وجد باحثون من جامعة ولاية كارولينا الشمالية وشركة سامسونج للإلكترونيات وسيلة لزيادة سرعة تطبيقات الحاسوب لأكثر من تسعة بالمئة. هذه النتائج تحسن من التقنيات التي تسمح لمعالجات الحاسوب باسترداد البيانات بكفاءة أعلى.

تقوم معالجات الحاسوب باسترداد البيانات من الذاكرة لتتمكن من تنفيذ العمليات. كل البيانات يتم تخزينها ضمن رقاقة ذاكرة خارجية «رئيسية». لكن البيانات التي يستخدمها المعالج بكثرة أيضاً يتم تخزينها -مؤقتاً- في ذاكرة الوصول العشوائي الديناميكية الداخلية (المدمجة) والتي تكون قريبة من المعالج، حيث يمكن استرجاعها بسرعة أكبر.

يتم تنظيم البيانات في ذاكرة التخزين المؤقت بكتل كبيرة (large blocks)، أو ماكروبلوكس (macro blocks) وهي وحدات معالجة لضغط الصيغ المختلفة للصور والفيديو، بحيث يعرف المعالج أين يجد البيانات التي يحتاجها أياً كانت. ومع ذلك، بالنسبة لأي عملية معطاة، فإن المعالج لا يحتاج كل تلك البيانات الموجودة في الماكروبلوكس كما أن استرجاع البيانات غير الضرورية يحتاج إلى مزيد من الوقت والطاقة.

لجعل العملية أكثر كفاءة، طور العلماء تقنية تجعل الذاكرة المؤقتة تتعلم مع الوقت أي البيانات التي يحتاجها المعالج من كل ماكروبلوك macroblock. وهذا يسمح للذاكرة المؤقتة بالقيام بأمرين. أولاً، تستطيع الذاكرة المؤقتة ضغط الماكربلوك، واسترجاع البيانات الضرورية لإنجاز العمليات فقط، وهذا يجعل الذاكرة المؤقتة قادرة على إرسال البيانات إلى المعالج بشكل أكثر فاعلية وكفاءة. ثانياً وكون الماكروبلوك مضغوطاً، تتحرر مساحة من ذاكرة التخزين المؤقت يمكن استخدامها لتخزين بيانات أخرى، التي من المرجح أن يحتاجها المعالج.

اختبر الباحثون هذا النهج، الذي يدعى (ذاكرة التخزين المؤقتة ذات البصمة الكثيفة)، في محاكاةٍ للمعالج والذاكرة. بعد تشغيل 3 مليارات تعليمة لكل تطبيق تم تجريبه من خلال المحاكاة، وجد الباحثون بأن ذاكرة التخزين المؤقتة ذات البصمة الكثيفة تسرع التطبيقات بنسبة 9.5 بالمئة بالمقارنة مع الطرق الأخرى المتنافسة الأكثر حداثة لإدارة ذاكرة الوصول العشوائي المدمجة. كما تستخدم ذاكرة الوصول العشوائي ذات البصمة الكثيفة طاقة أقل بمقدار 4.3 بالمئة.

وجد الباحثون أيضاً أن ذاكرة التخزين المؤقتة ذات البصمة الكثيفة تؤدي إلى تحسن كبير في “نسبة الضياع في المستوى الأخير من الذاكرة المؤقتة”. يحدث ضياع الحد الأخير للذاكرة المؤقتة عندما يحاول المعالج استرجاع البيانات من الذاكرة المؤقتة، ولكن البيانات لا تكون موجودة فيها، مما يضطر المعالج إلى استرجاع البيانات من رقاقة الذاكرة الرئيسية الخارجية. هذا الضياع في الذاكرة المؤقتة يجعل العمليات تتم بكفاءة أقل. استطاعت ذاكرة التخزين المؤقتة ذات البصمة الكثيفة تخفيض نسبة الضياع في المستوى الأخير من الذاكرة المؤقتة بمعدل 43 بالمئة.

تم ذكر هذا العمل في إحدى الصحف تحت عنوان «ذاكرة التخزين المؤقتة ذات البصمة الكثيفة: فعالية السعة في المستوى الأخير من ذاكرة التخزين المؤقتة في ذاكرة الوصول العشوائي المدمجة» والتي سيتم عرضها في الندوة الدولية حول أنظمة الذاكرة، في الفترة بين 3-6 تشرين الأول/أكتوبر في العاصمة واشنطن.

المؤلف الرئيسي لهذه المقالة هو سيونغهي شين (Seunghee Shin) الحاصل على درجة الدكتوراه من ولاية كارولاينا الشمالية. وشارك أيضاً في المقال يان سوليهين (Yan Solihin) أستاذ الهندسة الكهربائية والحاسوب في ولاية كارولاينا الشمالية، وسيهونغ كيم (Sihong Kim) من شركة سامسونج للإلكترونيات.

ترجمة: مجد ميرو
تدقيق: سارة عمّار
المصدر