谷歌员工研发出垃圾收集加速器 ：CPU算力大解放，功耗狂降15%

智东西（公众号：zhidxcom）编 | 王颖

导语：最近，谷歌员工研发了一种加速器单元，可以代替CPU完成垃圾收集任务，并能减轻计算机运算负担。

智东西5月9日消息，近日，谷歌员工Martin Maas在IEEE Micro发表了一篇论文，描述了其设计的一种加速器单元，帮助CPU完成垃圾收集任务，预计可将功耗减小15%。

除正常运行工作外，CPU还必须执行一些称为“垃圾收集”的任务，即从应用程序中识别和删除冗余或无关的数据，以释放额外的内存空间，这消耗了计算机大量的计算能力。

垃圾收集消耗了CPU花在应用程序上的总时间的10%甚至更多。当Martin Maas将加速器与小型CPU核心进行比较时，他们发现，根据每个设备各自的尺寸，他们的加速器性能提高了18倍，能够将CPU从垃圾收集任务中分离出来，减轻计算机的运算负担。

一、加速器单元能解决什么问题？

Martin Maas和他的同事注意到了CPU运行负担过重，消耗大量不必要功耗的问题，创建了一个紧凑的加速器单元。将垃圾收集任务委派给加速器单元可以提高计算机的运算效率。

这种加速器只需要少量的芯片面积和功率。它可以添加到CPU中，类似于将一些现代处理器芯片集成到图形处理单元中。

加速器单元以比CPU传统方式更有效的方式进行垃圾收集。例如，CPU必须按特定顺序完成一些垃圾收集操作，而新加速器单元利用这些操作不需要按顺序完成。通过同时执行大量内存操作，它在垃圾收集方面比CPU更有效。

据Martin Maas介绍，当软件应用程序在CPU上运行时，这个加速器单元位于侧面为应用程序执行垃圾收集。Martin Maas说：“原则上，这意味着您可以构建一个系统，软件根本不用担心垃圾收集，只需要继续使用可用内存。”

Martin Maas在论文中提出，这种新设备可能成为未来系统的一个共同组成部分，从而避免CPU承担垃圾收集负担的问题。

Martin Maas指出，CPU的构建非常灵活，可以运行各种应用程序。因此，CPU规模相对较大，占用大量电力。但一直以来，从没有人为CPU的垃圾收集任务单独设计一种设备来减轻CPU的任务和功耗。

二、传统计算机中CPU如何进行垃圾收集？

计算机系统运行时会产生许多“垃圾”，包括临时文件（如：*.tmp、*._mp）日志文件（*.log）、临时帮助文件（*.gid）、磁盘检查文件（*.chk）、临时备份文件（如：*.old、*.bak）等。

CPU作为计算机的运算核心，负责这整个运算环境，也就是说，CPU要在计算机系统产生垃圾时及时清理它们，以确保计算机的运行速度，并释放内存空间。

尽管CPU专用于垃圾收集的计算能力的10％可能看起来不是很多，但在全球范围内，这代表了大量的计算资源。

此前，传统的计算机垃圾收集任务是由CPU完成的，这项工作主要通过Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、和G1这7种类型的垃圾收集器完成。

其中，Serial收集器在工作时最大的问题是，只能进行单线程收集，也就是说在它工作时，其他程序必须暂停，直到它完成整个垃圾收集过程。ParNew收集器其实是Serial收集器的多线程版本，适用于多核CPU环境，但性能有时不如Serial收集器稳定。

这些垃圾收集器的共同问题就是，会导致不可预知的暂停，在进行垃圾收集任务时计算机系统会暂停片刻，清理内存。虽然在计算机应用中通常不会注意到这一点，但在用户关心系统反应是否非常灵敏的情况下，这可能会成为一个问题。程序员会尽量避免这些停顿，而代价往往是在垃圾收集上花费更多的周期。

结语：从垃圾收集中解放的CPU

Martin Maas设计的加速器单元可以在软件应用程序运行时，独立的执行垃圾收集任务，从而将CPU从这一任务中解放出来。

垃圾收集加速器单元如果能够成功应用，它将有效提高计算机的生产效率，解决CPU运行负担过重，消耗大量不必要功耗的问题。

原文来自：IEEE Spectrum

文章来源: https://www.toutiao.com/group/6689248166866321934/