multicore bruno cardoso ra 023241 sávio r. a. dos santos rosa ra 025144 tiago monteiro fernandes ra...
TRANSCRIPT
MULTICORE
Bruno Cardoso RA 023241Sávio R. A. dos Santos Rosa RA 025144
Tiago Monteiro Fernandes RA 025313
Professor Rodolfo Jardim de AzevedoMC 722 - 2º semestre de 2005
INTRODUÇÃO
Processadores Multicore são uma grande revolução na tecnologia computacional
Maior capacidade de processamento com melhor custo/benefício
Vantagens, princípios de funcionamento, comparação Intel/AMD
LIMITES DO SINGLE-CORE
Aplicações demandam alto poder de processamento Solução: aumentar freqüência de operação dos
processadores Fabricação de transistores em camadas de silício cada vez
menos espessas está com dias contados Problemas da arquitetura Single-Core
Isolamento fonte/dreno no transistor Alta dissipação de energia Em média, 75% do tempo da CPU gasto com espera de
acesso à memória
LIMITES DO SINGLE-CORE
Protótipos de processadores Intel Largura de 5nm = probabilidade 50% da corrente
passar sem tensão aplicada (dreno/fonte não isolados)
Transistor não é mais confiável como dispositivo de processamento de dados
LIMITES DO SINGLE-CORE
Lei de Moore: duplica número de transistores numa mesma área de silício a cada 18 meses
Quanto menor o transistor, maior sua densidade no circuito
Alta densidade = alta dissipação de energia pela passagem de corrente elétrica nos transistores
Se a energia não é removida rapidamente, chip derrete
LIMITES DO SINGLE-CORE
A TECNOLOGIA MULTICORE
Multicore (múltiplos núcleos): colocar duas ou mais unidades de execução (cores) no interior de um único 'pacote de processador' (um único chip)
Sistema operacional trata como se cada um fosse um processador diferente, com seus próprios recursos
Maioria dos casos: cada unidade possue seu próprio cache, processa várias instruções simultaneamente
Adicionar novos núcleos: instruções das aplicações passam a ser executadas em paralelo em vez de serialmente
“Abrir nova pista em uma estrada para aliviar o trânsito” Carros não precisam dirigir mais rápido, mas não são atrasados
por gargalos
A TECNOLOGIA MULTICORE
A TECNOLOGIA MULTICORE
VANTAGENS DO MULTICORE
Maior eficácia (troughput) do sistema e desempenho aprimorado de aplicativos em computadores executando vários aplicativos simultaneamente
Desempenho aprimorado para aplicativos multi-threaded Compatibilidade para mais usuários ou tarefas em
aplicativos com muitas transações Desempenho superior em aplicativos que utilizam
processamento de forma intensiva Economia no preço de licenciamento de softwares
proprietários, passando a ter um maior poder de processamento sem necessitar de uma nova máquina
Redução da dissipação térmica quando comparado ao Single-Core
VANTAGENS DO MULTICORE
Melhora o paralelismo no nível de threads Ajuda aplicações que não conseguem se beneficiar
dos processadores superescalares atuais por não possuirem um bom paralelismo no nível de instruções
Melhor localidade de dados Melhor comunicação entre as unidades Economia de espaço e de energia Throughput não aumenta para aplicações únicas não
paralelizáveis, mas sim nos outros casos e no sistema como um todo
ARQUITETURA MULTICORE
Geralmente é multiprocessamento simétrico (SMP) Dois ou mais processadores idênticos são conectados a
uma única memória principal Permite que qualquer processador trabalhe em qualquer
tarefa, não importando onde que ela esteja localizada Possibilita otimizar a carga de trabalho, movendo as
tarefas entreos processadores Agrava o problema de espera pela memória que ocorre na
situação Single-Core
ARQUITETURA MULTICORE
NUMA (Non-Uniform Memory Access) Cada processador tem a sua própria parte da memória Permite acesso paralelo à memória, melhorando em muito
o throughput se os dados de um processo forem bem localizados
Custo de mover dados de um processador ao outro fica bem mais caro, ou seja, balancear a carga de trabalho é bem mais custoso
Multiprocessamento Assimétrico (ASMP) diferentes processadores especializados para tarefas
específicas Multiprocessamento com clusters de computadores
nem toda a memória está disponível para todos os processadores
IMPLEMENTAÇÕES MULTICORE
INTEL
Dois processadores Pentium 4 no mesmo chip Inclui instruções de 64 bits e tecnologias que visam
diminuir a dissipação de calor Cada núcleo possui as suas unidades de execução e
seu próprio Cache L2 O restante do processador é exatamente igual ao Pentium
4 Single-Core
MODELO INTEL DUAL CORE
FRONT SIDE BUS: O GRANDE PROBLEMA
A comunicação entre os dois núcleos é feita através do FSB externo, gerando disputa para a utilização do barramento
Esse tipo de comunicação é razoavelmente lento. A banda de memória disponível é dividida entre eles
e é também compartilhada com os dispositivos do Super I/O
Surge um grande gargalo que causa uma boa perda de desempenho
FRONT SIDE BUS: O GRANDE PROBLEMA
INTEL DUAL CORE: CARACTERÍSTICAS GERAIS
Modelo da placa precisa ser especial Processadores necessitarem de reguladores de tensão
mais robustos Não pode trabalhar a freqüências tão elevadas como
a dos processadores Single-Core devido ao aumento excessivo de dissipação de calor ao adicionar o segundo core
Desempenho inferior ao Single-Core em várias aplicações não otimizadas
Protocolo MESI (Modified, Exclusive, Shared and Invalid) resolve a concorrência entre as caches
Exemplo: exclusivo, compartilhado, modificado, inválido
INTEL DUAL CORE: MODELOS DISPONÍVEIS
O Intel Dual-Core é vendido nos modelos Pentium D e Pentium Extreme Edition, sendo que este último possui tecnologia HyperThreading em cada processador
Sistema operacional reconhece apenas dois processadores no caso do Pentium D e quatro no caso do Pentium Extreme Edition (devido ao HyperThreading)
AMD
Combinação de dois processadores “K8” na mesma pastilha de silicío
Desde o começo, o desenvolvimento da arquitetura K8 (Opteron e Athlon 64) foi feito com Multicore em mente
Com a tecnologia de HyperTransport e controlador de memória integrado, tem-se um sistema de comunicação inovador, compatível e bem mais eficiente
AMD DUAL CORE:O FIM DO GARGALO
Controlador de memória integrado dispensa a comunicação com as memórias através do Chipset
Memórias são acessadas diretamente pelo processador através de um barramento exclusivo (HyperTransport), o que resulta em um melhor aproveitamento da banda
Não há mais dependência do FSB Comunicação com os outros componentes é feita
também através do HyperTransport (não compartilha os recursos com os dispositivos do Super I/O)
HyperTransport: conexão ponto-a-ponto, paralela, de alta performance, alta velocidade, alta largura de banda e de baixa latência
MODELO AMD DUAL CORE
AMD DUAL CORE: CARACTERÍSTICAS GERAIS
Cada núcleo possui as suas unidades de execução e Cache L2 individuais
Apenas o controlador de memória e o HyperTransport são divididos entre os dois núcleos
Dessa forma para mantem-se a compatibilidade com os atuais Chipsets e placas mãe
Os dois núcleos comunicam-se com os recursos compartilhados através do “Crossbar Switch” e do “System Request Queue”
Assim, a comunicação entre os núcleos é feita internamente e não depende do barramento externo e nem do barramento das memórias
Protocolo MOESI para concorrência entre as caches “O” = Owner. Uma CPU pode apropriar-se de um dado em seu cache
local e, se alterá-la, ela mesma dá uma cópia do dado à outra CPU, sem qualquer acesso adicional à RAM, tudo através do barramento HyperTransport
AMD DUAL CORE: CARACTERÍSTICAS GERAIS
AMD DUAL CORE: CARACTERÍSTICAS GERAIS
O “gargalo” da arquitetura Dual Core AMD é banda da memória: são 6.4 GB/s compartilhados pelos dois núcleos
DDR2 deve resolver este problema em partes Nova tecnologia de fabricação de silício esticado
"Dual Stress Liner" mantém o consumo do processador baixo mesmo em maiores freqüências
Duas implementações de AMD Dual Core: Athlon 64 X2 (Desktop), e Opteron (Servidor)
AMD: OPTERON & ATHLON 64 X2
Opteron possui capacidade de multiprocessamento, sendo então destinado a servidores
Pode trabalhar em sistemas com até oito processadores Divide-se em três famílias: 1xx, 2xx e 8xx (1, 2, 8
soquetes & 1, 2, 3 barramentos HyperTransport) O Athlon 64 X2 trabalha com freqüências
relativamente elevadas (2.0, 2.2 e 2.4 Ghz) Mesmo sem otimização para multiprocessamento (jogos
atuais) esse processador terá bom desempenho Opção para quem procura rapidez para o seu trabalho,
mas pior do que o Athlon 64 FX-57 em aplicações sem otimização para multiprocessamento
AMD: OPTERON & ATHLON 64 X2
AMD: OPTERON & ATHLON 64 X2
EXEMPLO DE DESEMPENHO: EFICIÊNCIA EM RENDERIZAÇÃO 3D
EXEMPLO DE DESEMPENHO: JOGOS
DISSIPAÇÃO TÉRMICA
REFERÊNCIAS Multi-Core Processors – The Next Evolution In Computing.
http://multicore.amd.com/WhitePapers/Multi-Core_Processors_WhitePaper.pdf, visitado em 25/10/2005.
Lançamento da tecnologia de múltiplos núcleos. http://multicore.amd.com/pt-BR/Technology/, visitado em visitado em 25/10/2005.
Vantagens da tecnologia de múltiplos núcleos da AMD. http://multicore.amd.com/pt-BR/Products/Benefits/, visitado em 25/10/2005.
O que é a tecnologia de múltiplos núcleos?. http://multicore.amd.com/WhatIsMC/, visitado em 25/10/2005.
Multi-Core Technology Brief. http://www1.us.dell.com/content/topics/topic.aspx/global/products/precn/topics/en/multi_core_precn?c=us&l=en&s=gen, visitado em 25/10/2005.
Intel Multi-Core Platforms. http://www.intel.com/technology/computing/multi-core/, visitado em 25/10/2005.
Multicore. From Wikipedia, the free encyclopedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Multicore, visitado em 25/10/2005.
Symmetric multiprocessing. From Wikipedia, the free encyclopedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Symmetric_multiprocessing, visitado em 25/10/2005.
Non-Uniform Memory Access. From Wikipedia, the free encyclopedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Non-Uniform_Memory_Access, visitado em 25/10/2005
Lei de Moore: até quando? – V A razão do limite. http://www.forumpcs.com.br/coluna.php?b=107220, visitado em 27/10/2005
Características e recursos dos processadores. http://www.guiadohardware.net/tutoriais/processadores/caracteristicas_e_recursos/parte-4/index.php, visitado em 27/10/2005
First Tests of Intel's Dual-Core Processor. http://www.pcworld.com/reviews/article/0,aid,120264,00.asp, visitado em 27/10/2005
Intel's Dual-Core Chips Debut. http://www.pcworld.com/news/article/0,aid,117718,00.asp, visitado em 27/10/2005
Let the Dual-Core Revolution Begin. http://www.intel.com/personal/desktopcomputer/dual_core/index.htm, visitado em 27/10/2005
Fórum do Clube do Hardware > Processadores Dual-Core. http://forum.clubedohardware.com.br/index.php?showtopic=263159, visitado em 27/10/2005