Ускоренный поиск с FPGA – ключ к "зеленому" интернету

Быстрые поисковые механизмы могут стать ключевым фактором снижения негативного влияния всемирной паутины на окружающую среду, согласно учёным из Университета Глазго (University of Glasgow). Используя систему, оснащенную микропроцессорами с низким потреблением энергии, называемыми FPGA (Field Programmable Gate Array – программируемая вентильная матрица), команда из факультета компьютерных наук смогла осуществлять поиск по индексам документов в 20 раз быстрее, чем обычный процессор. Исследователи планируют совершенствовать разработку далее и со временем увидеть её в составе веб-серверов. Это ускорит функционирование поисковых сервисов, снизит энергопотребление и выраженную в выбросах углеродных соединений плату за каждый ответ на поисковый запрос.

Пользование сервисами наподобие Google или Yahoo сопровождается затратами энергии и выбросами CO₂ не только в результате потребляемой пользовательским компьютером мощности, но также потребностями серверов и охлаждающих систем, располагающихся в огромных, с отдельным микроклиматом дата-центрах по всему миру. По некоторым подсчетам, количество генерируемого углекислого газа на одно обращение к поисковику варьируется между 0,2 г CO₂ (по данным Google) и 7 г (по информации американского физика Алекса Уайсснера-Гросса (Alex Wissner-Gross) из Гарвардского университета). С расширением цифрового мира вычислительные центры потребляют всё больше энергии, а всего сектор информационно-коммуникационных технологий производит около 2% глобального объема углекислого газа. Поэтому IT-компании рассматривают различные варианты уменьшения наносимого природе вреда. Лектор на факультете компьютерных наук в Университете Глазго доктор Вим Вандербауведе (Wim Vanderbauwhede), который работает над проектом вместе с коллегой Лефом Аззопарди (Leif Azzopardi), описывает нынешнее положение: "Несколько человек перестали думать о плате за возможность доступа к компьютерам. Они могут быть осведомлены про затраты электроэнергии в собственном доме, но потребляемая энергия во время совершения поиска остается за пределами их внимания. Существует множество способствующих уменьшению затрат на дата-центры путей, однако мы концентрируем усилия на ускорении самого поиска. Благодаря этому серверы будут использовать меньше энергии для обработки запросов, даже если спецификации оборудования относительно энергопотребления не изменятся, ведь вычислительные ресурсы будут задействоваться только часть времени".

Команда исследователей из Глазго сотрудничает с компанией Matrixware и использовала систему с двумя Xilinx FPGA для поиска информации и работы фильтрующих алгоритмов. Программирование микросхем осуществлялось ПО от компании Mitrionics. Был обнаружен 20-кратный рост скорости в выдаче результатов по сравнению с двухъядерным процессором Intel Itanium-2. Кроме того, потребовалась для программируемых чипов лишь часть энергии: если CPU Itanium-2 "съедал" 130 Вт, то его соперники – 1,25 Вт каждый. Доктор Аззопарди добавляет: "Наше исследование демонстрирует, что у FPGA имеется превосходный потенциал, предоставляющий существенные преимущества путем снижения энергопотребления и увеличения производительности. Если вы объедините несколько FPGA с одним процессором, вы получите весомое повышение скорости с намного меньшими итоговыми выбросами углерода". Исследователи поставили цель добиться еще более высоких показателей для своего прототипа и протестировать его в реальных условиях.