يستكشف فيتاليك بوتيرين مفهوم "الغراء والمعالج المساعد" للحوسبة

يتعمق فيتاليك بوتيرين، مبتكر Ethereum ، في مفهوم جديد لكيفية تقسيم الحوسبة الحديثة إلى جزأين: مكون "الغراء" و"المعالج المساعد"

الفكرة هنا بسيطة: تقسيم العمل. يقوم المعالج المساعد بالمهام العامة غير المعقدة، بينما يتولى المعالج المساعد العمليات الحسابية المعقدة والمنظمة. 

فيتاليك يشرح لنا، قائلاً إن معظم العمليات الحسابية في أنظمة مثل Ethereum الافتراضية (EVM) مقسمة بالفعل بهذه الطريقة. بعض أجزاء العملية تتطلب كفاءة عالية، بينما أجزاء أخرى أكثر مرونة ولكنها أقل كفاءة.

لنأخذ Ethereumكمثال. في معاملة حديثة قام فيها فيتاليك بتحديث تجزئة IPFS لمدونته على خدمة أسماء Ethereum (ENS)، تم توزيع استهلاك الغاز على مهام مختلفة. وقد استهلكت المعاملة ما مجموعه 46,924 وحدة غاز. 

يتوزع استهلاك الغاز كالتالي: ٢١٠٠٠ وحدة غاز للتكلفة الأساسية، و١٥٥٦ وحدة لبيانات الاستدعاء، و٢٤٣٦٨ وحدة لتنفيذ EVM. استهلكت عمليات محددة مثل SLOAD وSSTORE ما مجموعه ٦٤٠٠ و١٠١٠٠ وحدة غاز على التوالي. أما عمليات LOG فاستهلكت ٢١٤٩ وحدة غاز، بينما استُهلك الباقي في عمليات أخرى متنوعة.

يقول فيتاليك إن حوالي 85% من الغاز في تلك المعاملة ذهب إلى عدد قليل من العمليات الثقيلة - مثل عمليات قراءة وكتابة التخزين، والتسجيل، والتشفير.

أما الباقي فهو ما يسميه "منطق الأعمال"، وهو الأمور الأبسط والأكثر تعقيداً، مثل معالجة البيانات التي تحدد السجل الذي يجب تحديثه. 

ويشير فيتاليك أيضاً إلى أنه يمكن ملاحظة الشيء نفسه في نماذج الذكاء الاصطناعي المكتوبة بلغة بايثون. فعلى سبيل المثال، عند تشغيل عملية تمرير أمامي في نموذج المحول، يتم إنجاز معظم العمل بواسطة عمليات متجهة، مثل ضرب المصفوفات. 

تُكتب هذه العمليات عادةً باستخدام كود مُحسَّن، وغالبًا ما يكون ذلك باستخدام CUDA التي تعمل على وحدات معالجة الرسومات (GPUs). أما المنطق عالي المستوى، فيُكتب بلغة بايثون، وهي لغة عامة ولكنها بطيئة، ولا تُمثل سوى جزء صغير من التكلفة الحسابية الإجمالية.

ويعتقد مطور Ethereum أيضًا أن هذا النمط أصبح أكثر شيوعًا في التشفير القابل للبرمجة الحديث، مثل SNARKs.

ويشير إلى الاتجاهات في إثبات STARK، حيث تقوم الفرق ببناء أدوات إثبات عامة الأغراض للآلات الافتراضية البسيطة مثل RISC-V.

يمكن ترجمة أي برنامج يحتاج إلى إثبات إلى لغة RISC-V، ويقوم برنامج الإثبات بإثبات تنفيذ البرنامج على RISC-V. هذا الإعداد مريح، ولكنه يأتي بتكلفة إضافية. فالتشفير القابل للبرمجة مكلفٌ أصلاً، وإضافة تكلفة تشغيل التعليمات البرمجية داخل مترجم RISC-V تُشكّل عبئاً كبيراً.

إذن، ما الذي يفعله المطورون؟ إنهم يجدون حلولاً بديلة للمشكلة.dentالعمليات المحددة والمكلفة التي تستهلك معظم الحساب - مثل التجزئة والتوقيعات - ويقومون بإنشاء وحدات متخصصة لإثبات هذه العمليات بكفاءة. 

ثم يجمعون بين نظام إثبات RISC-V العام وهذه الأنظمة المتخصصة والفعالة، ليحصلوا على أفضل ما في كلا النظامين. ويشير فيتاليك إلى أن هذا النهج من المرجح أن يُرى في مجالات أخرى من علم التشفير، مثل الحوسبة متعددة الأطراف (MPC) والتشفير المتماثل تمامًا (FHE).

هنا يأتي دور الغراء والمعالج المساعد

بحسب فيتاليك، نشهد اليوم ظهور بنية "المعالج المساعد والوصلة" في مجال الحوسبة. الوصلة عامة وبطيئة، مسؤولة عن معالجة البيانات بين معالج مساعد واحد أو أكثر، وهي معالجات متخصصة وسريعة. تُعد وحدات معالجة الرسومات (GPUs) والدوائر المتكاملة الخاصة بالتطبيقات (ASICs) أمثلة مثالية على المعالجات المساعدة. 

هي أقل عمومية من وحدات المعالجة المركزية، لكنها أكثر كفاءة بكثير في مهام محددة. يكمن التحدي في إيجاد التوازن الأمثل بين العمومية والكفاءة.

في Ethereum، لا يشترط أن تكون آلة إيثيريوم الافتراضية (EVM) فعّالة، بل يكفي أن تكون مألوفة. بإضافة المعالجات المساعدة أو عمليات التجميع المسبق المناسبة، يمكنك جعل آلة افتراضية غير فعّالة تقريبًا بنفس كفاءة آلة افتراضية فعّالة أصلاً. 

لكن ماذا لو لم يكن هذا الأمر مهمًا؟ ماذا لو قبلنا أن الرقائق المفتوحة ستكون أبطأ واستخدمنا تقنية الربط وبنية المعالج المساعد للتعويض؟ 

الفكرة هي أنه يمكنك تصميم شريحة رئيسية مُحسَّنة للأمان والتصميم مفتوح المصدر مع استخدام وحدات ASIC الخاصة لإجراء العمليات الحسابية الأكثر كثافة. 

يمكن التعامل مع المهام الحساسة بواسطة الشريحة الرئيسية الآمنة، بينما يمكن تفريغ المهام الثقيلة، مثل معالجة الذكاء الاصطناعي أو إثبات المعرفة الصفرية، إلى وحدات ASIC.