Pokročilé architektury počítačů (PAP_14.ppt) Karel Vlček, katedra Informatiky, FEI VŠB Technická Univerzita Ostrava

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 2 Dvoujádrové procesory (1) Dvoujádrový procesor INTEL Core 2 E6600 is a dual core processor

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 3 Dvoujádrové procesory (2)  Dvoujádrový (Dual Core) procesor má umístěny dvě výpočetní jádra v jednom pouzdře  Paralelismus provádění činnosti je na úrovni vláken (threads)

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 4 Dvoujádrové procesory (3) Plán vytvořit procesor se dvěma výpočetními jádry předcházel uvedení dvou procesorů ve společném pouzdře o několik let "Dual core„ procesory byly dokončeny před dvěma lety u firmy AMD Motivací bylo zvýšení výpočetního výkonu, ale neplatí, že dva procesory výpočetní výkon zdvojnásobí

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 5 Dvoujádrové procesory Využít efektivně oba procesory současně mohou aplikace se souběžným zpracováním (multi-threading) Vícevláknové zpracování je možné tam, kde se zpracovávají části, které nemají datové závislosti Příkladem jsou úlohy jako 3D rendering a animace, vědecké a inženýrské výpočty

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 6 Proč dvoujádrové procesory? Zrychlování jednoho "robota" je cestou do slepé uličky z toho důvodu, že nejrychlejší procesory jsou náročné na energii a vysoké ztráty působené Joulovým teplem Paralelizace výpočtu zpracování udržet spotřebu i teplo v normě AMD pro svůj dvoujádrový procesor vybralo ověřený základ - tím bylo jádro K8 známé z procesorů AMD Athlon 64

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 7 Závody „dvoujádrových“ na trhu Firma Intel jako první dne 18. dubna 2005 ohlásila nový dvoujádrový procesor třídy Pentium 4 Extreme Edition 840 Dne 21. dubna 2005 následovala firma AMD a ohlásila dvoujádrový procesor pro servery a pracovní stanice Předběžně oznámen procesor Athlon 64 X2 určený pro náročná PC

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 8 Technologické předpoklady Nový dvoujádrový procesor je vyráběn 90nm polovodičovým procesem a na ploše 200mm² je vtěsnáno 230 miliónů tranzistorů Filozofie nových Athlonů X2 je přímočará - na čipu se vyskytují dva procesory Procesory mají každý k dispozici svou příruční zápisníkovou paměť cache L2

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 9 AMD Athlon 64 X2 – skupinové schéma Athlon 64 X2 (Toledo)

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 10 AMD Athlon 64 X2 – topologie Topologie obvodu Athlon 64 X2 (Toledo)

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 11 AMD Athlon 64 X2 – architektura Obě jádra jsou tedy nezávislá, ale sdílejí externí zdroje (sběrnici HyperTransport a řadič paměti), mohou komunikovat společně bez závislosti na základní desce nebo čipové sadě Téměř dokonalé řešení má jedinou nevýhodu, že oba procesory používají jeden (i když dvoukanálový) řadič paměti Firmě AMD se podařilo, že procesor Athlon 64 X2 je po aktualizaci BIOSu kompatibilní se všemi deskami vybavenými paticí Socket 939

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 12 Athlon 64 X2 – cena Nové dvoujádrové procesory AMD nejsou, ale ani v blízké době nebudou, levnou záležitostí Jsou vyráběné na jednom křemíkovém základu, jsou dražší, než dva samostatné procesory Zaváděcí ceny procesorů Athlon 64 X až se budou pohybovat v rozmezí tis. Kč

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 13 Athlon 64 X2 – pouzdro Pouzdro Athlon 64 X2 v provedení pingrid Budou-li obě jádra vytížená na 100%, pouzdra vyzáří 110W

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 14 Athlon 64 X2 – shrnutí (1) Procesory Athlon X2 reprezentují ve vývoji procesorů AMD nový směr, Dvě identická jádra jsou propojená interní sběrnicí "Crossbar Switch" Díky této sběrnici je komunikace mezi jádry rychlá a efektivní – i když se oba procesory musejí dělit o jeden přístup k paměti Přednosti víceprocesorových systémů se projeví pouze v případech, kdy zpracovávají „programová vlákna“ nebo pracují na nezávislých úlohách

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 15 Athlon 64 X2 – shrnutí (2) Dvoujádrové řešení je jeden ze směrů, kterým se bude ubírat vývoj budoucích procesorů Cesta zvyšováním frekvence je nevhodná, vede k nadměrnému zahřívání procesoru Některé aplikace mají nárůst výkonu o +80% Dobrá kompatibilita se stávajícím hardwarem Přijatelný příkon, nevyžaduje příliš speciální pouzdro

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 16 Historická ukázka z briefingu (1)

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 17 Historická ukázka z briefingu (2)

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 18 Historická ukázka z briefingu (3)

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 19 Historická ukázka z briefingu (4)

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 20 Historická ukázka z briefingu (5)

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 21 Nevýhody dvoujádrových procesorů (1) Operační systém (OS) musí podporovat existující software Předpokladem vyššího výkonu dvou- a více- jádrových procesorů je efektivní zpracování programů ve vícevláknovém provozu Silou dosažený výpočetní výkon (raw processing power) není jediným hlediskem, které ovlivňuje výkon systému počítače

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 22 Nevýhody dvoujádrových procesorů (2) Dvě výpočetní jádra sdílejí stejný systém sběrnic a pamětí, což omezuje výhody vyššího výkonu, které by se daly očekávat od existující dvojice výpočetních jader Je-li dosahováno 100% výkonu při připojení paměti k jednomu výpočetnímu jádru, bude při přechodu na dvě výpočetní jádra dosahováno výkonu od 130% do 170%

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 23 Nevýhody dvoujádrových procesorů (3) Nepředstavuje-li přístup do paměti problém, dá se očekávat výpočetní výkon až 190% To by se dalo očekávat, kdyby byly použity dvě výpočetní jádra, která by pracovala stejnou výpočetní rychlostí Smyslem umístění dvou jader na jednom čipu je však snížení kmitočtu zdroje synchronizace a elektrického příkonu čipu

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 24 Další vývoj vícejádrových procesorů Obecný trend ve vývoji procesorů development směřuje od multi-core k many- core: od dual-, quad-, eight-core čipů k desítkám, či stovkám jader na čipu Mnoho-jádrové procesory s pamětí na čipu a specializovanými "heterogeními" jádry zajistí efektivitu a výkon zvláště pro zpracování multimedií, rozpoznávání a síťové aplikace

Karel VlčekPokročilé architektury procesorů 25 Literatura: Dvořák, V.: Architektura a programování paralelních systémů, VUTIUM Brno, (2004), ISBN X Dvořák, V., Drábek, V.: Architektura procesorů, VUTIUM Brno, (1999), ISBN Drábek, V.: Výstavba počítačů, PC-DIR, s.r.o. Brno, (1995), ISBN Mueller, S.: Osobní počítač, Computer Press, Praha, (2001), ISBN Pluháček, A.: Projektování logiky počítačů, Vydavatelství ČVUT Praha, (2003), ISBN