Exercices formatifs : principes fondamentaux d`architecture

Architecture des microprocesseurs (GIF-3000)
Département de génie électrique et de génie informatique
Automne 2016
Exercices formatifs
Principes fondamentaux d’architecture
1. Fabrication de circuits imprimés
Calculez le taux d’acceptation des dés (dice yield) pour les processeurs du tableau suivant. Supposez un facteur de complexité de fabrication de N = 14,5 et un taux d’acceptation des plaquettes
de 1.
Puce Taille du dé (mm2 ) Taux de défectuosité (par cm2 )
A
B
C
387
2×143
263
0,030
0,035
0,037
2. Fiabilité
(a) Soit un système de stockage de données formé de trois disques durs (montés en RAID 5). La
fiabilité individuelle de chacun des disques durs est de 850 000 heures (temps moyen avant
une panne, MTTF). Supposons que le système soit robuste à une panne d’un disque dur,
et que le temps moyen pour réparer la panne (MTTR) soit de 30 heures. Cependant, si un
deuxième disque dur tombe en panne pendant la réparation, le système tombe dans un état
invalide et des données sont perdues. Calculez le taux de panne du système relativement la
perte de données (temps moyen avant de tomber dans un état invalide), en supposant que les
pannes sont indépendantes.
(b) Supposons que le temps de traitement pour une requête d’accès aux données sur les disques
durs avec le système présenté en (a) soit parallélisable à 65 %, le 35 % du temps restant étant
pour des opérations ne pouvant être faites que séquentiellement. Calculez le gain en performance offert par l’ajout d’un quatrième disque dur au système, relativement à l’utilisation du
système avec trois disques.
3. Performances
Vous devez choisir entre trois systèmes. Le tableau de la page suivante rapporte les performances
sur un benchmark de mémoire et sur un benchmark de traitement pour chaque système. Vous
savez que pour votre application, 35 % des traitements sont consacrés aux accès mémoire et le
reste aux calculs.
(a) Calculez la performance pondérée des benchmarks de chaque système.
(b) Quel gain obtiendriez-vous en passant du système A au système B pour une application intensive en calculs ?
(c) Avec quel ratio d’accès mémoire / traitements est-ce que la performance du système C seraitelle égale à la performance du système B ?
1
Description
# de cœurs
Fréquence
d’horloge (GHz)
Performance de
la mémoire
Performance en
traitement
(Dhrystone)
Système A
Système B
Système C
1
2
2
3,0
2,4
2,8
3 290
2 539
2 890
20 183
34 502
36 082
4. Loi d’Amdahl
Votre compagnie vient d’acheter un nouveau processeur à quatre cœurs et vous avez été chargé
d’optimiser votre logiciel pour ce processeur. Vous allez rouler deux applications sur ce processeur, mais les besoins en ressources sont différents. La première application requiert 60 % des
ressources et la seconde seulement 40 %.
(a) En supposant que la première application est parallélisable à 80 %, quel gain pourriez-vous
obtenir si cette application était exécutée seule sur le système ?
(b) En supposant que la seconde application est elle parallélisable à 90 %, quel gain pourriez-vous
obtenir si cette application était exécutée seule sur le système ?
(c) En supposant que la première application est parallélisable à 80 %, quel gain global du
système pourriez-vous obtenir si cette application était parallélisée, mais pas la seconde application ?
(d) Quel gain global pourriez-vous obtenir si les deux applications étaient parallélisées, étant
donné l’information dans les parties (a) et (b) ?
5. CPI
Les mesures suivantes ont été prises pour un processeur donné :
— Fréquences d’opérations à virgule flottante (VF) : 55 %
— CPI moyen pour les opérations à VF : 3,0
— CPI moyen pour les autres opérations : 1,4
— Fréquence de calcul de la racine carrée : 5 %
— CPI du calcul de la racine carrée : 18
Vous devez choisir entre deux designs alternatifs, le premier permettant de réduire le CPI du calcul de la racine carrée à 10 et l’autre permettant de réduire le CPI moyen de toutes les opérations
à VF à 2,0. Comparez ces deux alternatives en utilisant l’équation de la performance des processeurs.
2
Solutions
1. — Puce A : 0,2034
— Puce B : 0,2507
— Puce C : 0,2602
2. (a) 0,244 FIT
(b) 1,11
3. (a) Système A : 14 270, Système B : 23 315, Système C : 24 465
(b) 1,71
(c) Aucun ratio ne permet de rendre les deux systèmes égaux.
4. (a) 2,5
(b) 3,08
(c) 1,56
(d) 2,70
5. La meilleure alternative est celle réduisant le CPI moyen des opérations à virgule flottante.
12/09/2016 (révision : 19/09/2016)
CG
3