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

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Microprocesadores multi n´ucleo

Dise˜no de procesadores y evaluaci´on de configuraciones

Jos´e Ignacio ´Alvarez Ruiz

Universidad de C´ordoba

13 de diciembre de 2007

Jos´e Ignacio ´Alvarez Ruiz (UCO)

Microprocesadores multi n´ucleo

13 de diciembre de 2007

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´Indice

1 Introducci´on a los microprocesadores multi n´ucleo

2 Conceptos asociados

3 Un baile de tecnolog´ıas

4 1 n´ucleo, 2 n´ucleos, 4 n´ucleos... Un poco de historia.

5 ¿Y qu´e hay de los port´atiles?

6 Comparando los distintos procesadores

7 Algunos datos de rendimiento

8 Conclusiones personales

9 Bibliograf´ıa

Jos´e Ignacio ´Alvarez Ruiz (UCO)

Microprocesadores multi n´ucleo

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Secci´on 1

Introducci´on a los microprocesadores

multi n´ucleo

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Introducci´on a los microprocesadores multi n´ucleo

Conceptos b´asicos

(cid:73) CPU: componente en una computadora digital que interpreta las
instrucciones y procesa los datos contenidos en los programas de
computadora.

(cid:73) Microprocesador: CPU manufacturada con circuitos integrados.
(cid:73) Circuito integrado: es una pastilla muy delgada en la que se

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

(cid:73) Microprocesador multi n´ucleo: aquel que combina dos o m´as

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

(cid:73) Ventajas multi n´ucleo: Permiten que un dispositivo computacional
exhiba una cierta forma de paralelismo a nivel de thread (Thread-level
parallelism) (TLP) sin incluir m´ultiples microprocesadores en paquetes
f´ısicos separados. Esta forma de TLP se conoce a menudo como
multiprocesamiento a nivel de chip (Chip-level multiprocessing), o
CMP.

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Introducci´on a los microprocesadores multi n´ucleo

Razones del constante aumento de velocidad

(cid:73) Intel ya utiliza transistores con tecnolog´ıa de 45nm.
(cid:73) De esta forma continuan produciendo velocidades r´ecord de

procesadores, reduciendo adem´as la cantidad de fuga de electricidad
de los transistores.
(cid:73) Esto es gracias a:

Un nuevo material con una propiedad llamada High-k para el
componente diel´ectrico de la compuerta del transistor que reemplaza al
di´oxido de silicio.
Y a una combinaci´on de materiales met´alicos para el electrodo de
la compuerta del transistor, lo que reduce las fugas m´as de 10 veces.

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Introducci´on a los microprocesadores multi n´ucleo

Principales competidores. Procesadores a estudio.

(cid:73) Vamos a considerar los principales competidores del mercado:

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

(cid:73) S´olo consideramos procesadores de PCs de escritorio y port´atiles.

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

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Secci´on 2

Conceptos asociados

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Introducci´on de conceptos

Conceptos asociados

(cid:73) Importante familiarizarse con algunos t´erminos del mundillo.
(cid:73) La raz´on es conocer de forma general qu´e papel juegan ciertos

elementos en los procesadores.

(cid:73) Una visi´on clara de los conceptos asociados al tema nos facilita la

elecci´on de un procesador.

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Socket de CPU

Conceptos asociados

(cid:73) El socket de CPU es una matriz de peque˜nos agujeros (z´ocalo)

existente en una placa base donde encajan los pines de un
microprocesador; dicha matriz, denominada Pin grid array o PGA,
permite la conexi´on entre el microprocesador y dicha placa base.
(cid:73) Ejemplos de socket de CPU son: Socket 939 (AMD), Socket AM2

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

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Niveles de cach´e

Conceptos asociados

(cid:73) Prop´osito de la cach´e: actuar como una memoria temporal entre los

registros de CPU, limitados y de gran velocidad y la RAM, mucho
m´as grande y lenta.

(cid:73) Los subsistemas de cach´e pueden ser de niveles m´ultiples; es decir,
puede haber m´as de un conjunto de cach´e entre el CPU y la memoria
principal.

(cid:73) Muchos sistemas tienen dos niveles de cach´e:

Cach´e L1 ⇒ ubicada en el chip de la CPU, se ejecuta a la misma
velocidad que dicha CPU.
Cach´e L2 ⇒ suele ser parte del m´odulo de la CPU, se ejecuta a las
mismas velocidades que la CPU (o casi) y es un poco m´as grande y
lenta que la cach´e L1.

(cid:73) Algunos sistemas (normalmente servidores) tambi´en tienen cach´e L3

formando parte del sistema de la placa base. La cach´e L3 es m´as
grande y algo m´as lenta que la cach´e L2.

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MMX

Conceptos asociados

(cid:73) Es el acr´onimo de Multimedia Extensions.
(cid:73) Conjunto de instrucciones SIMD (Single Instruction Multiple Data)
dise˜nado por Intel e introducido en 1997 en sus microprocesadores
Pentium MMX.

(cid:73) MMX agreg´o 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 n´umero entero de 64 bits.
(cid:73) El juego de instrucciones MMX utiliza el concepto del tipo de datos
compactados ⇒ en lugar de usar el registro completo para un solo
n´umero entero de 64 bits, se usa para almacenar dos enteros de 32
bits, cuatro enteros de 16 bits u ocho enteros de 8 bits.

(cid:73) Problema: MMX s´olo soporta operaciones con n´umeros enteros.
Hace alg´un tiempo, el uso de matem´aticas de vector entero ten´ıa
sentido (operaciones 2D y 3D), pero cuando esta funcionalidad se
pasa a las GPUs, la coma flotante se vuelve mucho m´as importante.

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SSE

Conceptos asociados

(cid:73) SSE (Streaming SIMD Extensions) es una extensi´on al grupo de

instrucciones MMX.

(cid:73) Estas instrucciones operan con paquetes de operandos en coma

flotante de precisi´on simple.

(cid:73) Hay varios tipos de instrucciones SSE:

Instrucciones SSE de Transferencia de datos.
Instrucciones SSE de Conversi´on.
Instrucciones SSE Aritm´eticas.
Instrucciones SSE l´ogicas.

(cid:73) Con la tecnolog´ıa SSE, se introducen 70 nuevas instrucciones y 8

registros nuevos: del xmm0 al xmm7.

(cid:73) Los registros tienen una extensi´on de 128 bits. A diferencia de MMX,
la utilizaci´on de SSE no implicaba la inhabilitaci´on de la FPU, por lo
que no era necesario habilitarla nuevamente, lo que significaba para
MMX p´erdida de velocidad.

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FSB (Front Side Bus)

Conceptos asociados

(cid:73) La CPU est´a conectada a un bus que le permite comunicarse con el

resto de dispositivos.

(cid:73) Gracias a este bus frontal de datos, llamado FSB (Front Side Bus), la

CPU recibe informaci´on y la env´ıa a otros dispositivos.

(cid:73) El FSB se encuentra conectado al chip Northbridge, que es el n´ucleo

de la placa base.

(cid:73) La frecuencia de un procesador se expresa en t´erminos de la

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

(cid:73) 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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Secci´on 3

Un baile de tecnolog´ıas

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Tecnolog´ıas empleadas por los principales competidores

Un baile de tecnolog´ıas

(cid:73) Tecnolog´ıas empleadas por INTEL:

Hyper-Threading
Intel 64 Architecture
Bit de desactivaci´on de ejecuci´on y seguridad

(cid:73) Tecnolog´ıas empleadas por AMD:

HyperTransport
AMD 64
Bit NX

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Tecnolog´ıas empleadas por INTEL

Un baile de tecnolog´ıas

(cid:73) Hyper-Threading:

Dos formas de brindar m´as potencia inform´atica:

1 Aumentar la velocidad del reloj.
2 Realizar m´as trabajo en cada ciclo de reloj.

Un procesador compatible con la tecnolog´ıa Hyper-Threading se
presenta a s´ı 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 estar´ıan inactivos y
realizar m´as trabajo en la misma cantidad de tiempo.
En los PC de escritorio:

La tecnolog´ıa HT aprovecha la capacidad de subprocesos m´ultiples
integrada en WinXP y en muchas aplicaciones. El software con
subprocesos m´ultiples 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 ´unico procesador.

Jos´e Ignacio ´Alvarez Ruiz (UCO)

Microprocesadores multi n´ucleo

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Tecnolog´ıas empleadas por INTEL

Un baile de tecnolog´ıas

(cid:73) En los servidores:

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

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