智東西（公眾號：zhidxcom）編 | 王穎

導語：最近，谷歌員工研發了一種加速器單元，可以代替CPU完成垃圾收集任務，並能減輕計算機運算負擔。

智東西5月9日消息，近日，谷歌員工Martin Maas在IEEE Micro發表了一篇論文，描述了其設計的一種加速器單元，幫助CPU完成垃圾收集任務，預計可將功耗減小15%。

除正常運行工作外，CPU還必須執行一些稱為「垃圾收集」的任務，即從應用程序中識別和刪除冗餘或無關的數據，以釋放額外的內存空間，這消耗了計算機大量的計算能力。

垃圾收集消耗了CPU花在應用程序上的總時間的10%甚至更多。當Martin Maas將加速器與小型CPU核心進行比較時，他們發現，根據每個設備各自的尺寸，他們的加速器性能提高了18倍，能夠將CPU從垃圾收集任務中分離出來，減輕計算機的運算負擔。

一、加速器單元能解決什麼問題？

Martin Maas和他的同事注意到了CPU運行負擔過重，消耗大量不必要功耗的問題，創建了一個緊湊的加速器單元。將垃圾收集任務委派給加速器單元可以提高計算機的運算效率。

這種加速器只需要少量的晶元面積和功率。它可以添加到CPU中，類似於將一些現代處理器晶元集成到圖形處理單元中。

加速器單元以比CPU傳統方式更有效的方式進行垃圾收集。例如，CPU必須按特定順序完成一些垃圾收集操作，而新加速器單元利用這些操作不需要按順序完成。通過同時執行大量內存操作，它在垃圾收集方面比CPU更有效。

據Martin Maas介紹，當軟體應用程序在CPU上運行時，這個加速器單元位於側面為應用程序執行垃圾收集。Martin Maas說：「原則上，這意味著您可以構建一個系統，軟體根本不用擔心垃圾收集，只需要繼續使用可用內存。」

Martin Maas在論文中提出，這種新設備可能成為未來系統的一個共同組成部分，從而避免CPU承擔垃圾收集負擔的問題。

Martin Maas指出，CPU的構建非常靈活，可以運行各種應用程序。因此，CPU規模相對較大，佔用大量電力。但一直以來，從沒有人為CPU的垃圾收集任務單獨設計一種設備來減輕CPU的任務和功耗。

二、傳統計算機中CPU如何進行垃圾收集？

計算機系統運行時會產生許多「垃圾」，包括臨時文件（如：*.tmp、*._mp）日誌文件（*.log）、臨時幫助文件（*.gid）、磁碟檢查文件（*.chk）、臨時備份文件（如：*.old、*.bak）等。

CPU作為計算機的運算核心，負責這整個運算環境，也就是說，CPU要在計算機系統產生垃圾時及時清理它們，以確保計算機的運行速度，並釋放內存空間。

儘管CPU專用於垃圾收集的計算能力的10％可能看起來不是很多，但在全球範圍內，這代表了大量的計算資源。

此前，傳統的計算機垃圾收集任務是由CPU完成的，這項工作主要通過Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、和G1這7種類型的垃圾收集器完成。

其中，Serial收集器在工作時最大的問題是，只能進行單線程收集，也就是說在它工作時，其他程序必須暫停，直到它完成整個垃圾收集過程。ParNew收集器其實是Serial收集器的多線程版本，適用於多核CPU環境，但性能有時不如Serial收集器穩定。

這些垃圾收集器的共同問題就是，會導致不可預知的暫停，在進行垃圾收集任務時計算機系統會暫停片刻，清理內存。雖然在計算機應用中通常不會注意到這一點，但在用戶關心系統反應是否非常靈敏的情況下，這可能會成為一個問題。程序員會盡量避免這些停頓，而代價往往是在垃圾收集上花費更多的周期。

結語：從垃圾收集中解放的CPU

Martin Maas設計的加速器單元可以在軟體應用程序運行時，獨立的執行垃圾收集任務，從而將CPU從這一任務中解放出來。

垃圾收集加速器單元如果能夠成功應用，它將有效提高計算機的生產效率，解決CPU運行負擔過重，消耗大量不必要功耗的問題。

原文來自：IEEE Spectrum

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