PDF de programación - Microprocesadores multi núcleo Diseño de procesadores y evaluación de configuraciones

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Microprocesadores multi núcleo

Diseño de procesadores y evaluación de configuraciones

José Ignacio Álvarez Ruiz

Universidad de Córdoba

13 de diciembre de 2007

José Ignacio Álvarez Ruiz (UCO)

Microprocesadores multi núcleo

13 de diciembre de 2007

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Índice

1 Introducción a los microprocesadores multi núcleo

2 Conceptos asociados

3 Un baile de tecnologías

4 1 núcleo, 2 núcleos, 4 núcleos... Un poco de historia.

5 ¿Y qué hay de los portátiles?

6 Comparando los distintos procesadores

7 Algunos datos de rendimiento

8 Conclusiones personales

9 Bibliografía

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Sección 1

Introducción a los microprocesadores

multi núcleo

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Introducción a los microprocesadores multi núcleo

Conceptos básicos

CPU: componente en una computadora digital que interpreta las
instrucciones y procesa los datos contenidos en los programas de
computadora.

Microprocesador: CPU manufacturada con circuitos integrados.
Circuito integrado: es una pastilla muy delgada en la que se

encuentra una enorme cantidad (del orden de miles o millones) de
dispositivos microelectrónicos interconectados (diodos, transistores...).

Microprocesador multi núcleo: aquel que combina dos o más

procesadores independientes en un solo paquete, a menudo un solo
circuito integrado.

Ventajas multi núcleo: Permiten que un dispositivo computacional
exhiba una cierta forma de paralelismo a nivel de thread (Thread-level
parallelism) (TLP) sin incluir múltiples microprocesadores en paquetes
físicos separados. Esta forma de TLP se conoce a menudo como
multiprocesamiento a nivel de chip (Chip-level multiprocessing), o
CMP.

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Introducción a los microprocesadores multi núcleo

Razones del constante aumento de velocidad

Intel ya utiliza transistores con tecnología de 45nm.
De esta forma continuan produciendo velocidades récord de

procesadores, reduciendo además la cantidad de fuga de electricidad
de los transistores.
Esto es gracias a:

Un nuevo material con una propiedad llamada High-k para el
componente dieléctrico de la compuerta del transistor que reemplaza al
dióxido de silicio.
Y a una combinación de materiales metálicos para el electrodo de
la compuerta del transistor, lo que reduce las fugas más de 10 veces.

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Introducción a los microprocesadores multi núcleo

Principales competidores. Procesadores a estudio.

Vamos a considerar los principales competidores del mercado:

⇒ http://www.intel.com
⇒ http://www.amd.com

Sólo consideramos procesadores de PCs de escritorio y portátiles.

El campo de servidores, estaciones de trabajo, consolas, etc. se aleja del usuario medio.

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Sección 2

Conceptos asociados

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Introducción de conceptos

Conceptos asociados

Importante familiarizarse con algunos términos del mundillo.
La razón es conocer de forma general qué papel juegan ciertos

elementos en los procesadores.

Una visión clara de los conceptos asociados al tema nos facilita la

elección de un procesador.

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Socket de CPU

Conceptos asociados

El socket de CPU es una matriz de pequeños agujeros (zócalo)

existente en una placa base donde encajan los pines de un
microprocesador; dicha matriz, denominada Pin grid array o PGA,
permite la conexión entre el microprocesador y dicha placa base.
Ejemplos de socket de CPU son: Socket 939 (AMD), Socket AM2

(AMD), Socket 478 (Intel), Socket 775 (Intel)...

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Niveles de caché

Conceptos asociados

Propósito de la caché: actuar como una memoria temporal entre los

registros de CPU, limitados y de gran velocidad y la RAM, mucho
más grande y lenta.

Los subsistemas de caché pueden ser de niveles múltiples; es decir,
puede haber más de un conjunto de caché entre el CPU y la memoria
principal.

Muchos sistemas tienen dos niveles de caché:

Caché L1 ⇒ ubicada en el chip de la CPU, se ejecuta a la misma
velocidad que dicha CPU.
Caché L2 ⇒ suele ser parte del módulo de la CPU, se ejecuta a las
mismas velocidades que la CPU (o casi) y es un poco más grande y
lenta que la caché L1.

Algunos sistemas (normalmente servidores) también tienen caché L3

formando parte del sistema de la placa base. La caché L3 es más
grande y algo más lenta que la caché L2.

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MMX

Conceptos asociados

Es el acrónimo de Multimedia Extensions.
Conjunto de instrucciones SIMD (Single Instruction Multiple Data)
diseñado por Intel e introducido en 1997 en sus microprocesadores
Pentium MMX.

MMX agregó 8 nuevos registros a la arquitectura, conocida como
MM0 a MM7. En realidad, estos nuevos registros son meros alias de
los registros de la pila de la FPU. Cada uno de los registros MMn es
un número entero de 64 bits.
El juego de instrucciones MMX utiliza el concepto del tipo de datos
compactados ⇒ en lugar de usar el registro completo para un solo
número entero de 64 bits, se usa para almacenar dos enteros de 32
bits, cuatro enteros de 16 bits u ocho enteros de 8 bits.

Problema: MMX sólo soporta operaciones con números enteros.
Hace algún tiempo, el uso de matemáticas de vector entero tenía
sentido (operaciones 2D y 3D), pero cuando esta funcionalidad se
pasa a las GPUs, la coma flotante se vuelve mucho más importante.

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SSE

Conceptos asociados

SSE (Streaming SIMD Extensions) es una extensión al grupo de

instrucciones MMX.

Estas instrucciones operan con paquetes de operandos en coma

flotante de precisión simple.

Hay varios tipos de instrucciones SSE:

Instrucciones SSE de Transferencia de datos.
Instrucciones SSE de Conversión.
Instrucciones SSE Aritméticas.
Instrucciones SSE lógicas.

Con la tecnología SSE, se introducen 70 nuevas instrucciones y 8

registros nuevos: del xmm0 al xmm7.

Los registros tienen una extensión de 128 bits. A diferencia de MMX,
la utilización de SSE no implicaba la inhabilitación de la FPU, por lo
que no era necesario habilitarla nuevamente, lo que significaba para
MMX pérdida de velocidad.

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FSB (Front Side Bus)

Conceptos asociados

La CPU está conectada a un bus que le permite comunicarse con el

resto de dispositivos.

Gracias a este bus frontal de datos, llamado FSB (Front Side Bus), la

CPU recibe información y la envía a otros dispositivos.

El FSB se encuentra conectado al chip Northbridge, que es el núcleo

de la placa base.

La frecuencia de un procesador se expresa en términos de la

frecuencia del FSB multiplicado por un valor predeterminado por el
fabricante, por eso conocer bien el FSB es vital en la práctica del
Overclocking (forzar un procesador a trabajar a una velocidad mayor
que la de serie).

Ejemplo ⇒ Multiplicador: x18, Frecuencia del FSB: 200MHz,

Frecuencia del procesador: 3600 MHz.

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FSB (Front Side Bus)

Conceptos asociados

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Sección 3

Un baile de tecnologías

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Tecnologías empleadas por los principales competidores

Un baile de tecnologías

Tecnologías empleadas por INTEL:

Hyper-Threading
Intel 64 Architecture
Bit de desactivación de ejecución y seguridad

Tecnologías empleadas por AMD:

HyperTransport
AMD 64
Bit NX

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Tecnologías empleadas por INTEL

Un baile de tecnologías

Hyper-Threading:

Dos formas de brindar más potencia informática:

1 Aumentar la velocidad del reloj.
2 Realizar más trabajo en cada ciclo de reloj.

Un procesador compatible con la tecnología Hyper-Threading se
presenta a sí mismo ante las aplicaciones y los S.O. como dos
procesadores virtuales.
El procesador puede entonces trabajar en dos conjuntos de tareas a
la vez, utilizar los recursos que de otro modo estarían inactivos y
realizar más trabajo en la misma cantidad de tiempo.
En los PC de escritorio:

La tecnología HT aprovecha la capacidad de subprocesos múltiples
integrada en WinXP y en muchas aplicaciones. El software con
subprocesos múltiples divide su carga de trabajo en procesos y
subprocesos que se pueden programar y enviar de forma independiente.
Es parecido a un sistema multiprocesador pero con
un único procesador.

José Ignacio Álvarez Ruiz (UCO)

Microprocesadores multi núcleo

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Tecnologías empleadas por INTEL

Un baile de tecnologías

En los servidores:

La tecnología HT permite el paralelismo a nivel de subprocesos al
duplicar
  • Links de descarga
http://lwp-l.com/pdf17452

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