Τρεις φορές πιο γρήγορους υπολογιστές υπόσχεται η πρώτη οπτική «κρυφή» μνήμη στον κόσμο - Εφεύρεση ορόσημο με τη «σφραγίδα» του ΑΠΘ

Επεξεργασία και αποθήκευση δεδομένων με ταχύτητα φωτός κάνει τρεις φορές πιο γρήγορους τους υπολογιστές. Πρόκειται για ακαδημαϊκή έρευνα 5 επιστημόνων Πληροφορικής, μέλη της Ομάδας Ασύρματων και Φωτονικών Συστημάτων και Δικτύων WinPhoS του ΑΠΘ, η οποία αναδείχτηκε μία από τις δέκα πιο σημαντικές στο Παγκόσμιο Διεθνές Συνέδριο Οπτικών Επικοινωνιών, στο Σαν Ντιέγκο των Η.Π.Α. Η ακαδημαϊκή έρευνα λύνει τα χέρια και αυτών που χειρίζονται data centers (κέντρα δεδομένων) και υπερ-υπολογιστές, βοηθά να μην κολλούν οι servers έτσι ώστε πολλοί χρήστες, ταυτόχρονα, να έχουν πολύ γρήγορη επεξεργασία σε αυτούς.

Επόμενος στόχος η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας της κρυφής μνήμης

Οι ερευνητές εδώ και δέκα χρόνια έχουν κάνει επιμέρους μελέτες και τον τελευταίο χρόνο κατάφεραν να βγάλουν το πλήρες σύστημα. «Πρώτη φορά παγκοσμίως βγαίνει τέτοια πλήρης λειτουργική οπτική μνήμη για υπολογιστές. Ως τώρα ερευνητικά δεν έχει ξαναγίνει κάτι αντίστοιχο».

Επόμενος στόχος των ερευνητών είναι η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας της κρυφής μνήμης. Η ακαδημαϊκή έρευνα θα μπορούσε να μετουσιωθεί σε προϊόν και να βγει στην αγορά μέσα στα επόμενα χρόνια σύμφωνα με τους ερευνητές. Ήδη συνεργάζονται με κορυφαίες εταιρίες του κλάδου πληροφορικής όπως η ΙΒΜ και η nvidia.

Το πειραματικό πρωτότυπο που αναπτύχθηκε στο ΑΠΘ επιδεικνύει για πρώτη φορά ασύγκριτες, για την επιστημονική κοινότητα, ταχύτητες ανάγνωσης και εγγραφής δεδομένων της τάξης των 20Gb/s ανά γραμμή κρυφής μνήμης, δηλαδή 20 δισεκατομμύρια δυαδικά ψηφία μέσα σε ένα δευτερόλεπτο!

Οι πέντε ερευνητές υλοποίησαν και αξιολόγησαν πειραματικά ένα ολοκληρωμένο πρωτότυπο οπτικό σύστημα «κρυφής» μνήμης Cache, το οποίο μπορεί, για πρώτη φορά, να αποθηκεύσει 16 bits (2 bytes) σε μία πλήρως διευθυνσιοδοτούμενη αρχιτεκτονική οπτικής μνήμης, επιτρέποντας την ανάγνωση και εγγραφή οπτικών λέξεων δεδομένων.

Χρήστος Παππάς: Μας στήριξε η Ελλάδα με χρηματοδότηση

«Όταν θέλω να τρέξω ένα πρόγραμμα και το δουλεύω στον επεξεργαστή, αυτός έχει μια δικιά του μνήμη, την κρυφή μνήμη που δεν την βλέπει ο κόσμος. Αν αυτό το κάνουμε εμείς οπτικά-που αυτό πετυχαίνουμε- μια γρήγορη δηλαδή κρυφή μνήμη στον επεξεργαστή, μπορούμε να τρέχουμε την επεξεργασία των δεδομένων με την ταχύτητα του φωτός» εξηγεί στο ethnos.gr o  υποψήφιος διδάκτορας Χρήστος Παππάς.

Στην ερευνητική ομάδα που ανέπτυξε την οπτική κρυφή μνήμη συμμετέχουν επίσης ο υποψήφιος διδάκτορας Θοδωρής Μόσχος, δύο μεταδιδάκτορες ο Χρήστος Βαγιωνάς και Θεόνη Αλεξούδη και την επιμέλεια-επίβλεψη έχει ο καθηγητής Πληροφορικής Νίκος Πλέρος.

Οι καινοτόμες ερευνητικές ιδέες της ομάδας του ΑΠΘ χρηματοδοτούνται (συνολικός προϋπολογισμός 200.000 ευρώ) από το Ελληνικό Ίδρυμα Έρευνας και Καινοτομίας (ΕΛΙΔΕΚ) και τη Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ), μέσα από τα ερευνητικά έργα «CAM-UP - Οπτικές Μνήμες Προσπέλασης Περιεχομένου για γρήγορη αναζήτηση διεύθυνσης» και «ORION - Οπτικές Μνήμες Τυχαίας Προσπέλασης με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας για γρήγορη απόκριση και υψηλή ρυθμοαπόδοση σε υπολογιστικά περιβάλλοντα».

«Μας έχει στηρίξει η Ελλάδα για να μείνουμε εδώ στον τόπο μας και να φύγουμε στα πανεπιστήμια του εξωτερικού. Η έρευνα αυτή ήταν τριετής και χρηματοδοτήθηκε με 200.000 ευρώ» προσθέτει ο κ. Παππάς.

Ποιο πρόβλημα λύνει

Το επιστημονικό επίτευγμα θέτει τα θεμέλια για την επίλυση ενός εκ των σημαντικότερων και μακροβιότερων προβλημάτων των υπολογιστών, το πρόβλημα του «Τείχους Μνήμης». Σύμφωνα με αυτό, οι ταχύτητες των μνημών αυξάνουν με πολύ πιο αργό ρυθμό από τις αντίστοιχες ταχύτητες των επεξεργαστών, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ένα συνεχώς αυξανόμενο χάσμα μεταξύ των επιδόσεων των επεξεργαστών και των μνημών. Ως αποτέλεσμα, οι σύγχρονοι επεξεργαστές αναγκάζονται να εντάσσουν κρυφή μνήμη «cache» πάνω στο τσιπ του επεξεργαστή, καταλήγοντας όμως να δεσμεύεται συχνά έως και το 60% του συνολικού χώρου του επεξεργαστή για λειτουργίες μνήμης.

Απελευθερώνει «ζωτικό» χώρο στο τσιπ του επεξεργαστή

Το οπτικό πρωτότυπο κρυφής μνήμης προσφέρει μία νέα εναλλακτική προοπτική για την απελευθέρωση «ζωτικού» χώρου στο τσιπ του επεξεργαστή: Μπορεί να αντικαταστήσει τις ηλεκτρονικές κρυφές μνήμες χωρίς να απαιτεί την ολοκλήρωσή του ακριβώς δίπλα στον επεξεργαστή, καθώς οι μεγάλες ταχύτητες λειτουργίας της κάνουν εφικτή τη χρήση της ως ένα ξεχωριστό τσιπ μνήμης, χωρίς να καθυστερεί η «τροφοδοσία» του επεξεργαστή με δεδομένα. Με τον τρόπο αυτό, δίνεται για πρώτη φορά η δυνατότητα να αξιοποιηθεί το 100% της χωρητικότητας του τσιπ του επεξεργαστή μόνο για λειτουργίες υπολογισμών και πράξεων.