חוקרים בטכניון מציגים פריצת דרך בשימוש בזיכרון המחשב לביצוע פעולות חישוביות

פרופ’ שחר קוטינסקי

לדברי פרופ’ קוטינסקי, המבנה הבסיסי של המחשב כמעט לא השתנה מאז המחשבים הראשונים שנבנו בשנות ה-40. “המחשב הקלאסי המוכר לנו בנוי משתי יחידות מרכזיות – המעבד המבצע חישובים והזיכרון המאחסן את המידע. בשתי היחידות האלה חל בעשורים האחרים שיפור מטאורי – קצב החישוב של המעבדים עלה משמעותית וגם נפח האחסון ביחידות הזיכרון גדל דרמטית – אבל התקשורת ביניהם הפכה לצוואר בקבוק המגביל את קצב החישוב של המחשב כולו. זאת משום שהעברת המידע מהמעבד לזיכרון ובחזרה איטית משמעותית מהחישוב עצמו ואף צורכת אנרגיה רבה.”

בשנים האחרונות מתמקד פרופ’ קוטינסקי בכמה אפיקים לפתרון בעיית ההפרדה בין זיכרון למעבד, והמאמר הנוכחי מדגים כיצד אפשר לבצע, תוך שימוש ביחידות הזיכרון עצמן, חישובים דיגיטליים הדומים לאלה הנעשים על ידי המעבד. זאת מתוך הבנה שאם החישוב והאחסון יבוצעו על ידי אותה יחידה ייעלמו אותם “פקקי תנועה” הנוצרים במעבר בין המעבד לזיכרון.

“הניסיון לבצע חישובים ביחידת הזיכרון אינו חדש לגמרי,” מסביר פרופ’ קוטינסקי, “אבל מימושו הטכנולוגי מורכב ומאתגר מאוד. זאת בין השאר בשל התכונות הפיזיקליות השונות בין הרכיבים החישוביים במעבד (טרנזיסטורים) לרכיבי האחסון השונים הקיימים כיום בזיכרונות המחשב. עד כה הצליחו בקושי רב לבצע חישובים קרוב ליחידות האחסון, וכך לצמצם את העלות של העברת המידע בין היחידות. נעשו גם ניסיונות להשתמש בתאי הזיכרון לחישוב, אך לרוב מדובר בחישוב מוגבל השונה במהותו מהחישוב הדיגיטלי שמבצעים במעבד”.

המסטרנט ברק הופר

חוקרי הטכניון מציגים במאמר הטמעה מוצלחת של שלושה שערים לוגיים בתוך יחידת הזיכרון שיוצרה על ידי השותפים מ-Jülich, ואף מדגימים כיצד ניתן לחבר מספרים בתוך הזיכרון. בנוסף הם מראים במאמר את היתכנותם של רכיבים לוגיים מורכבים יותר. להערכת פרופ’ קוטינסקי מדובר באבן דרך משמעותית לקראת פיתוחם של זיכרונות בעלי יכולות חישוביות משמעותיות. “מזה כעשור אנחנו מפתחים תיאוריה ומדגימים בסימולציות מחשב כיצד השערים הלוגיים שתכננו יבצעו חישובים לוגיים בצורה דומה לזו שבמעבד. זוהי עבודה ראשונה שמדגימה את השיטה הזו על רכיבי זיכרון שיוצרו ונמדדו במעבדה, מעבירה את השיטה מהתאוריה אל המעשה, וכל זה תוך התגברות על הבעיות הקיימות בעולם האמיתי.”

המחקר נערך בתמיכת הנציבות האירופית למחקר (מענק ERC Starting Grant) והקרן הלאומית למדע.

למאמר ב – IEEE Transactions on Electron Devices לחצו כאן