Pokročilé architektury počítačů (PAP_1 4 )

1. Pokročilé architektury počítačů (PAP_14.ppt) Karel Vlček, karel.vlcek@vsb.cz katedra Informatiky, FEI VŠB Technická Univerzita Ostrava

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

3. Dvoujádrové procesory (2) • Dvoujádrový (Dual Core) procesor má umístěny dvě výpočetní jádrav jednom pouzdře • Paralelismus provádění činnosti je na úrovni vláken (threads) Pokročilé architektury procesorů

4. Plán vytvořit procesor se dvěma výpočetními jádry předcházeluvedení 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 Dvoujádrové procesory (3) Pokročilé architektury procesorů

5. 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 Dvoujádrové procesory Pokročilé architektury procesorů

6. 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 Proč dvoujádrové procesory? Pokročilé architektury procesorů

7. Závody „dvoujádrových“ na trhu • Firma Inteljako 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 Pokročilé 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 Pokročilé architektury procesorů

9. AMD Athlon 64 X2 – skupinové schéma • Athlon 64 X2 (Toledo) Pokročilé architektury procesorů

10. AMD Athlon 64 X2 – topologie • Topologie obvodu Athlon 64 X2 (Toledo) Pokročilé 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 Pokročilé 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 X2 4200+ až 4800+ se budou pohybovat v rozmezí 14 - 30 tis. Kč Pokročilé architektury procesorů

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

16. Historická ukázka z briefingu (1) Pokročilé architektury procesorů

17. Historická ukázka z briefingu (2) Pokročilé architektury procesorů

18. Historická ukázka z briefingu (3) Pokročilé architektury procesorů

19. Historická ukázka z briefingu (4) Pokročilé architektury procesorů

20. Historická ukázka z briefingu (5) Pokročilé architektury procesorů

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

22. Nevýhody dvoujádrových procesorů (2) • Dvě výpočetní jádrasdílejí 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 od130%do 170% Pokročilé architektury procesorů

23. Nevýhody dvoujádrových procesorů (3) • Nepředstavuje-li přístup do paměti problém, dá se očekávatvýpočetní 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 Pokročilé architektury procesorů

24. Další vývoj vícejádrových procesorů • Obecný trend ve vývoji procesorů development směřujeod multi-corekmany-core: od dual-, quad-, eight-core čipůkdesítkám,či stovkám jader na čipu • Mnoho-jádrové procesoryspamětí na čipu a specializovanými "heterogeními" jádryzajistíefektivitu a výkon zvláště pro zpracování multimedií, rozpoznávání a síťové aplikace Pokročilé architektury procesorů

25. Literatura: • Dvořák, V.: Architektura a programování paralelních systémů, VUTIUM Brno, (2004), ISBN 80-214-2608-X • Dvořák, V., Drábek, V.: Architektura procesorů, VUTIUM Brno, (1999), ISBN 80-214-1458-8 • Drábek, V.: Výstavba počítačů, PC-DIR, s.r.o. Brno, (1995), ISBN 80-214-0691-7 • Mueller, S.: Osobní počítač, Computer Press, Praha, (2001), ISBN 80-7226-470-2 • Pluháček, A.: Projektování logiky počítačů, Vydavatelství ČVUT Praha, (2003), ISBN 80-01-02145-9 • www.pctuning.cz Pokročilé architektury procesorů