Le parallélisme dans les microprocesseurs

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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
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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
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Les applications
•
•
•
•
•
•
•
•
Usage général
Calcul Scientifique
GRAPHIQUE
Traitement du signal
JAVA
BD
WEB
Enfoui et embarqué
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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
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DES EXPONENTIELLES
MICROPROCESSEURS
2x/1,5an
CPU
Performance après 1987
Performance avant 1986
Fréquence d'horloge (MOS)
Evolution/an
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0%
10% 20% 30% 40% 50% 60%
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DES EXPONENTIELLES
MEMOIRES
0,5/10 ans
2x/1,5an
Evolution/an
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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
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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
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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.
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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
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Processeur
physique 1
Etat archit.
(registres)
Unités
fonctionnelles
Caches
Processeur
physique 2
Etat archit.
(registres)
Unités
fonctionnelles
Caches
Mémoire principale
Multi-cœurs
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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
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