并行處理被定義為一種架構(gòu)，其中進程被分成單獨的部分并且每個部分同時運行。通過在多個處理器內(nèi)核而不是單個處理器內(nèi)核上運行進程，執(zhí)行任務(wù)所需的時間要少得多。并行計算的主要目標(biāo)是確保將復(fù)雜的任務(wù)分解為更簡單的步驟，以便更輕松地處理，從而提高性能和解決問題的能力。

什么是并行處理？

進程的不同部分在多個處理器上運行，這些不同部分通過共享內(nèi)存進行通信。一旦運行并完成了各種流程，它們最終會組合在一起以提供單一的解決方案。

并行處理是對傳統(tǒng)計算的演進。當(dāng)任務(wù)變得越來越復(fù)雜并且這些任務(wù)的處理時間將花費很長時間時，傳統(tǒng)計算就會遇到困難。此外，此類任務(wù)通常會消耗更多功率，并且存在通信和擴展問題。為了防止此類問題，我們創(chuàng)建了并行處理來解決這些問題，同時確保使用多個內(nèi)核完成流程。

并行處理構(gòu)成了幾種機器學(xué)習(xí)算法和AI平臺的核心概念。ML/AI 算法傳統(tǒng)上在單處理器環(huán)境中運行，這導(dǎo)致了性能瓶頸。然而，并行計算的引入允許數(shù)據(jù)科學(xué)和機器學(xué)習(xí)平臺的用戶利用同時執(zhí)行的線程來處理不同的進程和任務(wù)。

并行處理的類型

根據(jù)專有或開源，并行計算有以下四種不同類型：

• 位級并行：在這種類型的并行計算中，處理器字長增加。這些進程將具有較少的指令集來對大小大于處理器字大小的變量執(zhí)行操作。
• 指令級并行：在這種并行計算中，控制硬件或軟件將決定不同的運行時指令。例如，從硬件的角度來看，處理器決定了不同指令的運行時間以及哪些指令需要并行執(zhí)行。從軟件的角度來看，軟件或編譯器將決定哪些指令需要并行工作以確保最大性能。
• 任務(wù)并行性：同時運行幾個不同的任務(wù)。通常，這些不同的任務(wù)都可以訪問相同的數(shù)據(jù)，以確保沒有延遲和流暢的性能。
• 超字級并行：這種類型的并行使用內(nèi)聯(lián)代碼來創(chuàng)建不同的任務(wù)以同時運行。

使用并行處理的好處

并行處理的一些好處包括：

• 總體節(jié)省：并行處理可幫助用戶節(jié)省時間和成本。與同時在不同的處理器上運行相同的任務(wù)相比，運行一個任務(wù)的時間非常長。除了節(jié)省時間之外，成本節(jié)省也是一項關(guān)鍵優(yōu)勢，因為它可以有效利用資源。盡管在小規(guī)模上它很昂貴，但同時管理數(shù)十億次操作可以顯著降低費用。
• 動態(tài)性質(zhì)：為了解決更多現(xiàn)實世界的問題并找到有效的解決方案，關(guān)注動態(tài)仿真和建模以確保不同的數(shù)據(jù)點同時可用變得越來越重要。并行處理提供了并發(fā)的好處，從而支持了幾個問題的動態(tài)特性。
• 優(yōu)化資源利用：在經(jīng)典的傳統(tǒng)處理中，有可能不是整個硬件或軟件都在使用，而其余的則保持空閑。然而，在并行處理的情況下，由于任務(wù)被解耦并單獨運行，因此硬件的利用率更高，以確保更快的處理時間。
• 管理復(fù)雜的數(shù)據(jù)集：隨著數(shù)據(jù)的發(fā)展和增長，很難確保數(shù)據(jù)保持干凈和可用。數(shù)據(jù)集變得越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)處理可能不是管理大型、非結(jié)構(gòu)化和復(fù)雜數(shù)據(jù)集的最佳方式。

使用并行處理的影響

并行處理的一些主要影響包括：

• 超級計算能力：使用并行計算的主要優(yōu)勢之一是它可以幫助超級計算機在很短的時間內(nèi)解決高度復(fù)雜的任務(wù)。超級計算機是根據(jù)并行計算原理工作的機器，通過將高度復(fù)雜的任務(wù)拆分為較小的任務(wù)并處理這些較小的任務(wù)。并行處理的能力有助于超級計算機處理幾個重要問題，例如氣候變化、醫(yī)療保健、空間、密碼學(xué)、化學(xué)和許多其他領(lǐng)域的測試模型。
• 跨職能垂直優(yōu)勢：并行處理將對幾乎所有行業(yè)產(chǎn)生影響，從網(wǎng)絡(luò)安全到醫(yī)療保健再到零售等。通過開發(fā)與各個行業(yè)面臨的問題相關(guān)的算法，并行處理為加快處理時間提供了途徑，并有助于了解各個行業(yè)的收益、成本和限制。
• 大數(shù)據(jù)支持：隨著眾多行業(yè)的數(shù)據(jù)量不斷擴大，管理這些大數(shù)據(jù)集變得越來越困難。并行處理將影響大數(shù)據(jù)爆炸，因為它將顯著縮短公司和企業(yè)管理這些數(shù)據(jù)集的時間。此外，結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的混合將需要更高類型的計算來處理海量數(shù)據(jù)——并行處理將在這里產(chǎn)生關(guān)鍵影響。

并行處理與串行處理

串行處理被定義為按順序完成任務(wù)的處理類型。任務(wù)一次完成一個，而不是像并行處理那樣并排完成。串行處理和并行處理之間的一些主要區(qū)別如下：

• 串行處理使用單個處理器，而并行處理使用多個處理器
• 由于串行處理中只有一個處理器，因此一個處理器正在處理的工作量要高得多，而并行處理中則不然
• 串行處理需要更多時間來完成各種任務(wù)，因為它們是一個接一個地完成，而并行處理任務(wù)是同時完成的