短期迸发式计算解决暗硅难题 十倍提升移动设备性能(2)

化解当前工程难题

在时下的智能化时代，随着移动设备的日益智能，手机内晶体管密度也在不断增加，但伴随而来的热量将威胁到日益复杂的计算芯片正常工作。同时智能手机内部空间狭小，并没有风扇等散热装置。所以智能手机内部每次只能有一部分晶体管可以安全地正常运行，而大部分的硅芯片在给定时间都处于静止状态，这个现象也被称作“暗硅（Dark Silicon）”。

这同样也是目前大部分工程师十分关心的问题，他们担心“暗硅”的存在将成为移动设备速度和性能提升的物理瓶颈。一份预测报告显示，到2019年，一部智能手机可能只有9%的晶体管在任意时间均处于激活状态。而“短期迸发式计算”，可以让移动设备以更好的、不同于PC的工作方式，有效避开“暗硅”问题。

事实上，智能手机只有在很少情况下，需要充分调动其最大限度的运算处理能力。通常大部分时间，智能手机都处于待机状态，或是躺在用户的口袋、钱包中，或是等待用户输入。但当用户想利用智能手机开展高速计算任务时，例如执行导航、翻译、图像识别、照片拼接、语音识别等，需要其运行结果快速的呈现。而这些所谓的“突发”的运算，仅仅在短时间内进行快速计算，而剩下的长空闲状态，可以使移动设备降温并恢复过来。

“在这项研究中，我们进行了广泛的可行性研究，并找出解决方案，以克服短时间迸发计算所带来的工程挑战。”来自宾夕法尼亚大学的另一个论文作者Milo M. K. Martin表示，“工程师们一直十分关注有关‘暗硅’的技术发展，而我们的研究表明，如果可以在短时间内充分利用所有计算能力进行高速运算，那么大部分硅芯片不工作的问题将不再成为困扰。”

根据“短期迸发式计算”的构思，智能手机除了主核外还可以支持多达15个内核在一秒时间内的同时高速并行运算，从而把移动设备的响应时间提升了十倍以上。

相变材料防止芯片过热

为了应对高速运算时的温度升高，研究人员建议可以采用一种散热装置，即通过相变材料（PCM，可以在一定温度范围内改变其物理性状的材料，例如蜡烛）来封装处理器。该材料在处理器高速运行时通过熔化吸收热量，然后在设备处于空闲状态时通过硬化来散热。

“这种提升响应速度的设计方案，将可以实现许多现在不可能完成的工作。” Thomas Wenisch说道。“人们的耐性有限，只愿花几分之一秒去等待程序响应，所以互动程序在这么短的时间内完成的工作量将受到制约。如果程序开发人员可以在突发响应程序中获得十倍的计算能力，那么他们就可以大胆地去实现现在或许刚刚抛弃的想法。”

（文章摘自U-M Press Release《"Computational Sprinting" Pushes Smartphones Till They’re Tired》。）