Efficient Computer đã giới thiệu Electron E1 , một bộ xử lý hứa hẹn sẽ cách mạng hóa điện toán nhúng với tuyên bố hiệu suất năng lượng tốt hơn 10 đến 100 lần so với các chip dẫn đầu thị trường của ARM . Khẳng định táo bạo của startup này rằng các CPU truyền thống đã được xây dựng sai trong nhiều thập kỷ đã gây ra cuộc thảo luận sôi nổi trong cộng đồng công nghệ, với các chuyên gia đặt câu hỏi về cả tính khả thi và tính thực tiễn của phương pháp tiếp cận của họ.
Tuyên bố về Hiệu suất:
- Hiệu suất năng lượng tốt hơn 10-100 lần so với các lõi ARM Cortex M3, M55, A53
- Chỉ số quan trọng: Số phép toán trên mỗi joule và TOPS trên mỗi watt
- Hỗ trợ các phép toán dấu phẩy động 32-bit
- Hỗ trợ ngôn ngữ lập trình C++ và Rust
Kiến trúc giống như điện toán kiểu FPGA
Cộng đồng kỹ thuật đã nhanh chóng xác định kiến trúc của E1 là một Coarse-Grained Reconfigurable Array ( CGRA ), hoạt động giống như một FPGA hơn là một CPU truyền thống. Thay vì thực thi các lệnh tuần tự theo thời gian, E1 ánh xạ các lệnh chương trình một cách không gian trên một lưới các tile tính toán. Sự thay đổi cơ bản này loại bỏ phần lớn việc xáo trộn dữ liệu tiêu tốn năng lượng trong các bộ xử lý thông thường.
Tuy nhiên, phương pháp không gian này đi kèm với những hạn chế đáng kể. Kiến trúc chỉ hoạt động hiệu quả khi các chương trình vừa hoàn toàn trong lưới của chip. Một khi kích thước mã vượt quá các tile có sẵn, hệ thống phải tự cấu hình lại, có thể xóa bỏ những lợi ích hiệu suất đã hứa hẹn. Ràng buộc này đã khiến một số chuyên gia so sánh nó với những nỗ lực trước đây về các kiến trúc tương tự đã cho thấy kết quả ấn tượng trên các khối lượng công việc nhỏ, cụ thể nhưng gặp khó khăn với các ứng dụng thực tế.
So sánh Kiến trúc:
| Tính năng | CPU Truyền thống | Electron E1 |
|---|---|---|
| Mô hình Thực thi | Tuần tự (dựa trên thời gian) | Không gian (dựa trên lưới) |
| Lập lịch | Động tại thời điểm chạy | Tĩnh tại thời điểm biên dịch |
| Di chuyển Dữ liệu | Đệm dựa trên cache | Luồng trực tiếp từ tile đến tile |
| Bộ đếm Chương trình | Có | Không |
| Thực thi không theo thứ tự | Có (CPU hiện đại) | Không |
Sự phụ thuộc vào Compiler gây lo ngại
Sự thành công của E1 hoàn toàn phụ thuộc vào compiler thông minh của nó, phải xử lý nhiệm vụ phức tạp là ánh xạ mã C++ hoặc Rust lên lưới không gian. Phương pháp tiếp cận tập trung vào compiler này đã thu hút sự hoài nghi từ cộng đồng, đặc biệt là với lịch sử của các công nghệ compiler được hứa hẹn quá mức trong ngành.
Hệ thống yêu cầu compiler phải giải quyết tất cả các xung đột tiềm ẩn và tối ưu hóa luồng dữ liệu tại thời điểm biên dịch, thay vì xử lý những quyết định này một cách động trong quá trình thực thi. Mặc dù phương pháp này về mặt lý thuyết có thể loại bỏ overhead runtime, nó cũng có nghĩa là compiler phải giải quyết các vấn đề định tuyến ngày càng phức tạp khi kích thước chương trình tăng lên. Một số nhà quan sát đã lưu ý những điểm tương đồng với các công cụ tổng hợp FPGA , vốn nổi tiếng là chậm và đôi khi không tìm được giải pháp tối ưu.
Hạn chế Kỹ thuật:
- Kích thước chương trình bị giới hạn bởi các compute tile có sẵn
- Yêu cầu cấu hình lại cho các ứng dụng lớn hơn
- Khả năng phân nhánh động hạn chế
- Phụ thuộc nặng vào tối ưu hóa trình biên dịch
- Yêu cầu giải quyết xung đột tại thời điểm biên dịch
Hoài nghi về tuyên bố đa mục đích
Mặc dù Efficient Computer khẳng định rằng E1 là một bộ xử lý đa mục đích, nhiều người trong cộng đồng kỹ thuật vẫn chưa tin tưởng. Những hạn chế của kiến trúc với phân nhánh động, các mẫu truy cập bộ nhớ biến đổi, và luồng điều khiển phức tạp cho thấy nó có thể phù hợp hơn cho các tác vụ tính toán cụ thể thay vì khối lượng công việc tính toán tổng quát.
Tỷ lệ phần trăm khả năng này hiệu quả hơn 100 lần trong điện toán đa mục đích mà ARM được tối ưu hóa: 1/100%
Việc công ty sử dụng TOPS trên watt như một chỉ số hiệu suất chính cũng đã gây chú ý, vì phép đo này thường được liên kết với các bộ gia tốc AI thay vì CPU đa mục đích. Các benchmark nhúng truyền thống như DMIPS hoặc CoreMark sẽ cung cấp các so sánh phù hợp hơn cho thị trường mục tiêu.
Thách thức thị trường phía trước
Ngoài những lo ngại kỹ thuật, E1 phải đối mặt với những rào cản thị trường đáng kể trong không gian điện toán nhúng bảo thủ. Sự ưa thích của ngành đối với các thành phần đã được chứng minh, có sẵn lâu dài xung đột với nhu cầu của startup để khẳng định mình. Nhiều ứng dụng nhúng yêu cầu đảm bảo tính khả dụng của thành phần kéo dài hàng thập kỷ, một cam kết thách thức cho bất kỳ công ty mới nào.
Việc thiếu các công cụ phát triển có sẵn công khai và dữ liệu benchmark toàn diện đã càng thúc đẩy sự hoài nghi. Mặc dù Efficient Computer tuyên bố có silicon hoạt động và đã trình diễn chip tại các sự kiện ngành, việc xác nhận độc lập về tuyên bố hiệu suất của họ vẫn còn hạn chế.
Electron E1 đại diện cho một nỗ lực thú vị để suy nghĩ lại kiến trúc bộ xử lý cho các ứng dụng bị hạn chế về năng lượng. Tuy nhiên, khoảng cách giữa lợi thế lý thuyết và triển khai thực tế trong các hệ thống nhúng thực tế vẫn còn đáng kể. Liệu phương pháp tiếp cận điện toán không gian này có thể vượt qua những hạn chế vốn có và được thị trường chấp nhận hay không có thể sẽ phụ thuộc vào việc công ty có thể giải quyết tốt như thế nào các thách thức cơ bản về khả năng mở rộng và công cụ đã từng gây khó khăn cho các kiến trúc tương tự trong lịch sử.
Tham khảo: Efficient Computer's Electron E1 CPU