Презентация Производительность. Многопроцессорные системы онлайн

Содержание слайда: Производительность. Многопроцессорные системы Лекция 7 (По материалам Мухаметова В.Н.)

Содержание слайда: 4096tb@gmail.com Тема письма: БГУИР. … .

Содержание слайда: Лекция 5. Структура процессора. Архитектуры CISC и RISC. Архитектура процессора Intel .

Содержание слайда: Лекция 6. Адресация. Режимы работы процессора. Управление памятью.

Содержание слайда: Лекция 7. Производительность. Многопроцессорные системы

Содержание слайда: Иерархия памяти

Содержание слайда: Иерархия памяти

Содержание слайда: Иерархия памяти

Содержание слайда: Иерархия памяти

Содержание слайда: Computer memory hierarchy

Содержание слайда: Повышение производительности Развитие архитектуры IA-32. Кэш. FPU.

Содержание слайда: Производительность

Содержание слайда: Скорость света не превысить!

Содержание слайда: Параллелизм Параллелизм: на уровне команд (ILP – Instruction Level Parallelism) на уровне процессов (TLP – Thread Level Parallelism) Параллелизм: многопроцессорные системы многоядерные процессоры

Содержание слайда: Конвейеризация (Рipelining) Реализация обработки команд внутри процессора в несколько этапов Идея состоит в использовании разных устройств процессора на разных этапах обработки команды

Содержание слайда: Конвейер инструкций

Содержание слайда: Латентность конвейера

Содержание слайда: Конвейер

Содержание слайда: Intel Pentium IV Суперскалярная архитектура (как и все Pentium’ы ) «Гиперконвейерная технология» (сверхдлинный конвейер: 5 стадий у P5,10 стадий у P6, 20 стадий у Pentium IV) «Net Burst» технология (до 126 МО одновременно) SSE2 (+ 144 новых команды типа SIMD) Выборка МО (микроопераций) Переименование регистров (128 физических) Помещение МО в очередь (планирование с учетом зависимостей) Отсылка на CPU или FPU Чтение из файлов регистров Выполнение (1 такт) Определение флагов Запись результата (проверка перехода)

Содержание слайда: Согласно Флинту SISD (Single Instruction, Single Data) SIMD (Single Instructions, Multiple Data) MISD (Multiple Instruction, Single Data) MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) SISD – «обычные» компьютеры (фон Неймана) SIMD – векторные суперкомпьютеры MISD – не существуют MIMD – мультипроцессорные системы, мультикомпьютеры, кластеры (Таненбаум, 4-е изд., с. 584)

Содержание слайда: Пути достижения параллелизма Потоковая архитектура ОКМД (одна операция над многими данными – MMX, XMM, SSE) МКМД (многопроцессорные системы, суперкомпьютеры) МКМД (множество независимых компьютеров – кластеры, суперкомпьютеры)

Содержание слайда: Суперскалярная архитектура

Содержание слайда: Hyper-Threading

Содержание слайда:

Содержание слайда: Multiprocessor systems

Содержание слайда: SMP-системы (Symmetrical Multi Processor systems).

Содержание слайда: Закон Амдала

Содержание слайда: Закон Амдала

Содержание слайда: SMP

Содержание слайда: NUMA-системы (Non-Uniform Memory Access systems).

Содержание слайда: Кластеры

Содержание слайда: Кластеры

Содержание слайда: HyperТhreading (Гипертрейдинг)

Содержание слайда: SMP - Symmetrical MultiProcessing

Содержание слайда: Двухъядерный процессор

Содержание слайда: Intel Smithfield

Содержание слайда: «Классическая» двухпроцессорная SMP-система с двухъядерными процессорами

Содержание слайда: SUMA

Содержание слайда: AMD Toledo

Содержание слайда: Пример двухпроцессорной двухядерной системы на Opteron 2хх и чипсете AMD 82хх.

Содержание слайда: AMD Opteron Dual-Core Architecture

Содержание слайда: Intel & AMD

Содержание слайда: Когерентность кэш-памяти

Содержание слайда: Когерентность кэш-памяти Протоколы поддержания когерентности кэшей: у процессоров Intel - «MESI», у процессоров AMD - «MOESI».  MESI - Modified, Exclusive, Shared, Invalid MOESI - Modified, Owner, Exclusive, Shared, Invalid

Содержание слайда: Write-Through

Содержание слайда: MESI MESI (Modified, Exclusive, Shared, Invalid) Modified - состояние (выделено желтым) соответствует измененной строке в кэш-памяти, содержащей данные, которые еще не записаны в оперативную память. Этих данных в кэшах других процессоров нет. Exclusive - состояние (выделено салатовым) соответствует копии данных, которые записаны в кэш память только данного конкретного процессора. Shared - состояние (выделено зеленым) соответствует копии данных, которые содержатся в кэш-памяти одновременно нескольких процессоров. Invalid - состояние (выделено красным) соответствует строкам кэш-памяти, содержащим устаревшую информацию Оперативная память на схеме помечена красным, если в ней содержатся устаревшие копии данных

Содержание слайда: Кэш Чтение корректных данных и модификация

Содержание слайда: Кэш Чтение «устаревших» данных

Содержание слайда: MOESI MOESI (Modified, Owner, Exclusive, Shared, Invalid) Modified - состояние (выделено желтым) соответствует измененной строке в кэш-памяти, содержащей данные, которые еще не записаны в оперативную память. Этих данных в кэшах других процессоров нет. Owner - состояние (выделено светло-голубым) соответствует измененной строке, содержащей данные, которые еще не записаны в оперативную память и которые ЕСТЬ в кэшах других процессоров Exclusive - состояние (выделено салатовым) соответствует копии данных, которые записаны в кэш память только данного конкретного процессора. Shared - состояние (выделено зеленым) соответствует копии данных, которые содержатся в кэш-памяти одновременно нескольких процессоров. Invalid - состояние (выделено красным) соответствует строкам кэш-памяти, содержащим устаревшую информацию. Оперативная память на схеме помечена красным, если в ней содержатся устаревшие копии данных

Содержание слайда: Кэш Чтение «устаревших» данных

Содержание слайда: Кэш Чтение корректных данных и модификация

Содержание слайда: Pentium 4 Processor With HT

Содержание слайда: Pentium D Processor

Содержание слайда: Pentium 4 Processor With HT

Содержание слайда: Dual Gore Pentium Processor Extreme Edition

Содержание слайда: Реализация IA-64 Intel Itanium2

Содержание слайда: IA-32 / IA-64

Содержание слайда: Реализация IA-64: Intel Itanium2

Содержание слайда: EPIC

Содержание слайда:

Содержание слайда: Itanium 2

Содержание слайда: Функциональные устройства

Содержание слайда: Itanium 2 Каждая из инструкций при разборе связки направляется на соответствующий ее типу конвейер: (A) целочисленное АЛУ (B) Не-АЛУ целочисленное (M) памяти (F) вещественные (B) Ветвления (L) специальные

Содержание слайда: Формат связки команд IA-64

Содержание слайда:

Содержание слайда: IA-64

Содержание слайда: IA-64

Содержание слайда: Конвейер Itanium

Содержание слайда: Конвейер CPU с внеочередным исполнением команд

Содержание слайда: Out-of-order Processor Pipeline (2)

Содержание слайда: 80-ядерный процессор Intel Teraflops Research Chip

Содержание слайда: Технология Teraflops основан на техпроцессе 65 нм. Процессор построен на одной подложке, объединившей 80 независимых процессорных ядер. Ядра размещены в виде прямоугольника 8х10. Одно ядро имеет площадь 3 кв. миллиметра. Чип использует упаковку LGA с 1248 контактами. 343 из них используются для передачи сигналов, а остальные - это питание и земля.

Содержание слайда: Ядро Intel Teraflops

Содержание слайда: Роутер ядра используется для передачи данных и команд в сети между ядрами. Роутер ядра используется для передачи данных и команд в сети между ядрами. Роутер каждого ядра имеет пять 39-битных портов, которые обеспечивают общую пропускную способность 80 ГБ/с. Основное достижение Интел в этом чипе то, что вычислительный модуль может быть заменен на все что угодно, включая ядра х86, ядра DSP и др.

Содержание слайда: Частоты и управление питанием

Содержание слайда: Синхронизация Разработчикам очень трудно обеспечить появление частотного сигнала в одно и то же время во всех частях процессора, особенно, принимая во внимание увеличение рабочих частот и площади процессоров. Но это необходимо для нормальной работы процессора. Intel говорит, что обеспечение синхронизации тактовой частоты требует около 30% всей энергии, потребляемой процессором.

Содержание слайда: Чип может работать на нескольких скоростях, в зависимости от рабочего напряжения. Чип может работать на нескольких скоростях, в зависимости от рабочего напряжения. При частоте 4 ГГц чип может достичь производительности 1,28 терафлоп при энергопотреблении 181 Вт. Самая низкая частота, на которой может работать чип - 1 ГГц, энергопотребление при этом - 11 Вт, а количество выполняемых операций с плавающей запятой может достигать 310 миллиардов в секунду.

Содержание слайда: Перспективы

Содержание слайда: Что дальше?

Содержание слайда: