Ολοκληρώθηκε το ερευνητικό έργο GreenVM, με επιστημονικούς υπεύθυνους τον Καθηγητή Μανόλη Κατεβαίνη, Επικεφαλής του εργαστηρίου Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών και Συστημάτων VLSI(CARV) του Ινστιτούτου Πληροφορικής του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) και την Καθ. Παναγιώτα Φατούρου, συνεργαζόμενο μέλος ΔΕΠ του CARV. Το έργο GreenVM χρηματοδοτήθηκε στο πλαίσιο της Δράσης «ΑΡΙΣΤΕΙΑ» της Γενικής Γραμματείας Έρευνας και Τεχνολογίας, η οποία είχε ως βασικό στόχο την υποστήριξη ταλαντούχων ερευνητών, με σημαντικά ερευνητικά και εργασιακά επιτεύγματα, των ελληνικών πανεπιστημίων και ερευνητικών κέντρων, ώστε να επιτευχθεί σημαντική συνεισφορά στην πρόοδο της επιστημονικής γνώσης και στη διεύρυνση των οριζόντων της. Το GreenVM είχε διάρκεια 36 μήνες και χρηματοδοτήθηκε από το Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο της Ευρωπαϊκής Ένωσης και από εθνικούς πόρους.

Το πρόβλημα της κατανάλωσης ενέργειας στους πολυπύρηνους επεξεργαστές γίνεται ολοένα και πιο σημαντικό, καθώς το ενεργειακό κόστος που απαιτείται για την υποστήριξη συνεπούς κοινόχρηστης μνήμης, δηλαδή για την παροχή συνέπειας μεταξύ των αντιγράφων των δεδομένων που είναι αποθηκευμένα στις κρυφές μνήμες του συστήματος, αυξάνεται δυσανάλογα με την αύξηση του πλήθους των πυρήνων. Για το λόγο αυτό, η σχεδίαση και ανάπτυξη αρχιτεκτονικών που δεν παρέχουν πλήρη συνέπεια των αντιγράφων αυτών επιτρέπουν καλύτερη κλιμάκωση και οδηγούν σε καλύτερη ενεργειακή απόδοση, με αποτέλεσμα η βιομηχανία να στρέφεται προς τη σχεδίαση τέτοιων αρχιτεκτονικών στο μέλλον. Ωστόσο, ο προγραμματισμός σε τέτοιες αρχιτεκτονικές απαιτεί επιπρόσθετη προσπάθεια, η οποία θα πρέπει να αντιμετωπίζει επιδέξια σημαντικά θέματα επικοινωνίας, ελέγχου και συγχρονισμού στο επίπεδο της ιεραρχίας της μνήμης και όχι μόνο.

Το GreenVM ανέπτυξε σημαντική τεχνολογία για: τη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης σε τέτοιες πολυπύρηνες αρχιτεκτονικές, την ευκολία προγραμματισμού τους και την ενεργειακή τους αποτίμηση. Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκαν τεχνικές και εργαλεία, όπως μια εικονική μηχανή και ένα σύστημα χρόνου εκτέλεσης για ευρέως διαδεδομένες γλώσσες προγραμματισμού, όπως είναι η JAVA, καθώς και ενεργειακά αποδοτικές βιβλιοθήκες δομών δεδομένων, όλα αυτά ειδικά σχεδιασμένα για μια πολυπύρηνη αρχιτεκτονική που δεν υποστηρίζει συνεπή κοινόχρηστη μνήμη. Το σύστημα που αναπτύχθηκε εκμεταλλεύεται τη χαμηλή κατανάλωση ενέργειας που χαρακτηρίζει τέτοιες αρχιτεκτονικές, χωρίς να θυσιάζει την ευκολία προγραμματισμού που παρέχουν διαδεδομένες γλώσσες υψηλού επιπέδου, όπως η JAVA. Επίσης, πραγματοποιήθηκαν επεκτάσεις ενός πρωτοτύπου μιας τέτοιας πολυπύρηνης αρχιτεκτονικής, με την προσθήκη κατάλληλων μετρητών ενέργειας, βάσει των οποίων προτάθηκε ένα μοντέλο ενεργειακής κατανάλωσης, το οποίο επιτρέπει την ενεργειακή μελέτη τέτοιων αρχιτεκτονικών. Το μοντέλο αυτό χρησιμοποιήθηκε για την αποτίμηση της ενεργειακής απόδοσης του συστήματος που αναπτύχθηκε.

Το GreenVM διεξήγαγε έρευνα, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την καλύτερη εκμετάλλευση πολυπύρηνων αρχιτεκτονικών που αναμένεται πως θα επικρατήσουν στο μέλλον. Η επιρροή της JAVAστον κόσμο της Πληροφορικής είναι προφανής αφού αποτελεί γλώσσα προγραμματισμού με δυνατότητα εκτέλεσης σε πολλές πλατφόρμες και περιβάλλοντα, και χρησιμοποιείται από πληθώρα τρεχουσών τεχνολογιών αιχμής. Επομένως, το ενεργειακά αποδοτικό περιβάλλον εκτέλεσης JAVAπου αναπτύχθηκε στο GreenVM μπορεί να έχει σημαντική επιρροή στη βελτίωση της απόδοσης πολλών υπαρχόντων συστημάτων που λειτουργούν σε τέτοιο περιβάλλον, καθώς και να διευκολύνει την ανάπτυξη μελλοντικών εφαρμογών, και επομένως να συντομεύσει σημαντικά το χρόνο που απαιτείται για την εμπορευματοποίηση μελλοντικής τεχνολογίας αιχμής.

Είναι ωστόσο αξιοσημείωτο, πως η τεχνογνωσία που αποκτήθηκε κατά στο GreenVMδεν περιορίζεται αποκλειστικά στο περιβάλλον προγραμματισμού της Java. Αντιθέτως, οι τεχνικές που αναπτύχθηκαν κατά την υλοποίηση θεμελιωδών δομών δεδομένων είναι αρκετά γενικές ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να επιτευχθεί εύκολος και αποτελεσματικός προγραμματισμός και καλύτερη κλιμάκωση, ανεξαρτήτως της γλώσσας προγραμματισμού που χρησιμοποιεί η εφαρμογή που θα τις χρησιμοποιήσει. Η παροχή μιας εκτενούς βιβλιοθήκης δομών δεδομένων, όπως αυτής που πραγματοποιήθηκε στο GreenVM, αποτελεί σημαντική συνεισφορά προς ευκολότερο, αποδοτικότερο και περισσότερο κλιμακώσιμο υπολογισμό.

Επιπλέον, η ανάπτυξη τεχνικών και εργαλείων για τη μέτρηση της κατανάλωσης ενέργειας, αποτελεί θεμελιώδες βήμα για τη δημιουργία αποτελεσματικού, ως προς την ενέργεια, υλικού και λογισμικού στο μέλλον. Η εργασία που έγινε προς αυτή την κατεύθυνση στο έργο GreenVM συνεισφέρει σημαντικά στην εκτίμηση της ενέργειας που καταναλώνεται, όχι απλά εντός ενός πυρήνα, αλλά σε μεγαλύτερη κλίμακα, λαμβάνοντας υπόψη την κατανάλωση ενέργειας που οφείλεται στην επικοινωνία μεταξύ πυρήνων, καθώς και αυτή που προέρχεται από την επικοινωνία με τη μνήμη – δύο σημαντικοί παράγοντες στις σύγχρονες αρχιτεκτονικές. Τέλος, το αρχιτεκτονικό υπόβαθρο που δημιουργήθηκε για τη μέτρηση αυτής της ενέργειας ανοίγει το δρόμο για νέα πεδία έρευνας, όπως π.χ. τη σχεδίαση λογισμικού το οποίο να λαμβάνει υπόψη τις μετρήσεις ενέργειας για την επίτευξη βελτιστοποιήσεων με σκοπό τη χαμηλότερη ενεργειακή κατανάλωση, την αποτελεσματικότερη επικοινωνία, και / ή την καλύτερη απόδοση.

Περισσότερες Πληροφορίες: www.ics.forth.gr/carv/greenvm

Επικοινωνία:

Μανόλης Κατεβαίνης,
Καθηγητής Επιστήμης Υπολογιστών
Email: kateveni@ics.forth.gr
Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας – Ινστιτούτο Πληροφορικής
Ν. Πλαστήρα 100
700 13 Ηράκλειο, Κρήτη

Παναγιώτα Φατούρου,
Επίκουρος Καθηγήτρια Επιστήμης Υπολογιστών
Email: faturu@ics.forth.gr
Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας – Ινστιτούτο Πληροφορικής
Ν. Πλαστήρα 100
700 13 Ηράκλειο, Κρήτη