hardwareoptimalisaties

Hardwareoptimalisaties verwijzen naar het proces waarbij de prestaties, energie-efficiëntie en kosten van hardware worden verbeterd door aanpassingen in ontwerpen en configuraties. Doel is om meer werk te verrichten met minder middelen, of dezelfde prestaties met minder energieverbruik. Toepassingen variëren van CPU- en GPU-ontwerpen tot geheugenhiërarchie, opslag en systeemkoppelingen.

Typische aandachtsgebieden zijn: microarchitectuur (pipelining, out-of-order uitvoering, voorspellingsmechanismen), geheugen en cachebeheer (cachegrootte, associativiteit, prefetching), vectorverwerking en SIMD, parallelisme (multi-core, many-core, accelerators), en stroom- en warmtebeheer (DVFS, clock gating, power gating). Daarnaast spelen I/O-subsystemen (bandbreedte, interconnects zoals PCIe), en hardware-accelerators (ASICs, FPGAs, GPUs) een cruciale rol.

Methoden omvatten ontwerpkwalificatie, simulatie en prototyping, gevolgd door hardwarevalidatie en benchmarking. Prestaties worden vaak gemeten met modellen zoals het Roofline-model en met standaardbenchmarks die geheugenbandbreedte, rekenintensiteit en stroomverbruik belichten. Software- en systeemsoftware krijgen eveneens aanpassingen om optimaal te profiteren van de hardware.

Belangrijke overwegingen zijn kosten, complexiteit, leveringsketen en tijd-tot-markt, veiligheid en betrouwbaarheid, en toekomstige schaalbaarheid. Hardwareoptimalisaties vereisen doorgaans een nauwe samenwerking tussen hardware- en software-ontwerpers, waarbij wijzigingen in de hardware vaak gepaard gaan met aanpassingen in compilers en runtimes.

Toepassingsgebieden omvatten consumentenelektronica, servers en high-performance computing, waar de balans tussen prestaties en energieverbruik kritisch is. Voorbeelden zijn SIMD-verbeteringen in moderne CPU's, aangesloten geheugen- en netwerkarchitecturen, en hardware-accelerators die specifieke taken versnellen, zoals deep learning-inference.