计算“范式转变”可以使手机和笔记本电脑的运行速度提高一倍，而无需更换单个组件

通过让不同的处理单元（例如 GPU、NPU 和硬件加速器）并行工作（而不是按顺序工作），系统的速度可提高两倍，能耗可减少 50%。

一种新的计算方法可以使手机或笔记本电脑等设备的处理速度提高一倍，而无需更换任何现有组件。

现代设备配备了不同的芯片来处理各种类型的处理。除了中央处理单元 (CPU) 之外，设备还具有图形处理单元 (GPU)、用于人工智能 (AI) 工作负载的硬件加速器以及用于处理音频信号的数字信号处理单元。 

然而，由于传统的程序执行模型，这些组件单独并按顺序处理来自一个程序的数据，这会减慢处理时间。 

信息从一个单元移动到下一个单元，取决于哪个单元在处理程序中的特定代码区域时最有效。这会造成瓶颈，因为一个处理器需要先完成其工作，然后才能将新任务移交给队列中的下一个处理器。 

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为了解决这个问题，科学家们设计了一种新的程序执行框架，其中处理单元并行工作。该团队在 2023 年 12 月向预印本服务器 arXiv 发表的一篇论文中概述了这种被称为“同时异构多线程 (SHMT)”的新方法。  

SHMT 对同一代码区域同时使用处理单元，而不是等待处理器根据最适合特定工作负载的组件按顺序处理代码的不同区域。 

解决这一瓶颈的另一种常用方法被称为“软件流水线”，它通过让不同的组件同时处理不同的任务来加快速度，而不是等待一个处理器在另一个处理器开始运行之前完成。 

然而，在软件流水线中，一项任务永远不能分布在不同的组件之间。 SHMT 则不然，它允许不同的处理单元同时在同一代码区域上工作，同时让它们在完成自己的工作后还可以承担新的工作负载。

“你不必添加新的处理器，因为你已经有了它们，”主要作者、加州大学河滨分校电气和计算机工程副教授 Hung-Wei Tseng 在 声明。 

科学家们将 SHMT 应用于他们使用多核 ARM CPU、Nvidia GPU 和张量处理单元 (TPU) 硬件加速器构建的原型系统。在测试中，与以传统方式工作的系统相比，它执行任务的速度提高了 1.95 倍，能耗降低了 51%。

SHMT 的能源效率也更高，因为通常由能源密集型组件（例如 GPU）专门处理的大部分工作可以卸载到低功耗硬件加速器上。 

科学家们声称，如果将该软件框架应用于现有系统，它可以降低硬件成本，同时减少碳排放，因为使用更节能的组件处理工作负载所需的时间更少。如果该技术用于较大的系统，它还可能减少冷却大型数据中心的淡水需求。

然而，该研究只是原型系统的演示。研究人员警告说，需要进一步的工作来确定如何在实际环境中实施这种模型，以及哪些用例或应用程序将受益最多。