Le parallélisme dans les microprocesseurs
publicité
Architecture des ordinateurs Introduction Daniel Etiemble [email protected] Les grandes classes de système Caractéristique Ordinateur de bureau Serveur Enfoui/embarqué Prix du microprocesseur 100 à 1000 € 200 à 2000 € par processeur 0,20 à 200 € par processeur Microprocesseurs vendus en 2000 150 millions 4 millions 300 millions (en ne comptant que les 32 et 64 bits) Critères Prix -performance Performance graphique Débit, disponibilité, extensibilité Prix, puissance dissipée, performance pour l’application L3 Informatique 2011-12 Architecture des ordinateurs 2 Ventes des microprocesseurs (fin du siècle dernier ) • Processeurs enfouis/embarqués – – – – 4 bits : 2 milliards 8 bits : 4,7 milliards 16 bits : 700 millions 32 bits : 400 millions • DSP (traitement du signal) – 600 millions • Généralistes classiques – 150 millions L3 Informatique 2011-12 Architecture des ordinateurs 3 Les applications • • • • • • • • Usage général Calcul Scientifique GRAPHIQUE Traitement du signal JAVA BD WEB Enfoui et embarqué L3 Informatique 2011-12 Architecture des ordinateurs 4 PERFORMANCE NI Texécution = NI * CPI * Tc = IPC * F Temps de cycle Nombre de cycles/Instruction • Nombre d’instructions – Jeu d’instructions et compilateur • CPI – Microarchitecture • Tc – Technologie CMOS et Microarchitecture L3 Informatique 2011-12 Architecture des ordinateurs 5 DES EXPONENTIELLES MICROPROCESSEURS 2x/1,5an CPU Performance après 1987 Performance avant 1986 Fréquence d'horloge (MOS) Evolution/an L3 Informatique 2011-12 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% Architecture des ordinateurs 6 DES EXPONENTIELLES MEMOIRES 0,5/10 ans 2x/1,5an Evolution/an L3 Informatique 2011-12 Architecture des ordinateurs 7 La loi de Moore Transistors par puce 108 Mémoire Microprocesseur 107 106 105 104 1K 103 102 4004 4K 16K 64K 256K 80286 1M 4M i486™ 16M 64M 256M Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium® i386™ 8086 8080 101 100 Source: Intel L3 Informatique 2011-12 Architecture des ordinateurs 8 LES DIFFERENTIELS 10000 1000 CPU 100 Mémoire 10 2000 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 1 Complexité croissante de la hiérarchie mémoire L3 Informatique 2011-12 Architecture des ordinateurs 9 Densité de puissance 1000 Nuclear Reactor Reactor Watts/cm2 100 Rocket Nozzle Pentium® 4 Hot plate 10 Pentium® III Pentium® II Pentium® Pro Pentium® i386 i486 1 * “New Microarchitecture Challenges in the Coming Generations of CMOS Process Technologies” – Fred Pollack, Intel Corp. Micro32 conference key note - 1999. L3 Informatique 2011-12 Architecture des ordinateurs 10 Le grand virage… • Evolution des processeurs pour PC (Intel, AMD) – De l’augmentation de la fréquence d’horloge… – Au parallélisme Processeur logique 1 Processeur logique 2 Etat archit. Etat archit. (registres) (registres) Unités fonctionnelles Caches Mémoire principale Multi-threads L3 Informatique 2011-12 Processeur physique 1 Etat archit. (registres) Unités fonctionnelles Caches Processeur physique 2 Etat archit. (registres) Unités fonctionnelles Caches Mémoire principale Multi-cœurs Architecture des ordinateurs 11 Plan du cours • Jeux d’instructions – Grandes caractéristiques – Spécificités selon objectif : performance/taille code/énergie • Exécution des instructions – Pipelines et parallélisme d’instructions • superscalaires et VLIW – Instructions SIMD • Accès aux données – Caches et mémoire virtuelle • Entrées-sorties L3 Informatique 2011-12 Architecture des ordinateurs 12
