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ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
Semestre A-2009
Clase 04
La mayor parte del contenido de estas láminas, ha sido extraído del libro Computer Organization and Design (The hardware / software interface), 4ta Edición, de David A. Patterson y John L. Hennessy. Editorial Morgan Kaufmann
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AGENDA
• El muro de la disipación de potencia
• Máquinas multiprocesadores
• Proceso de construcción de un chip
• SPEC y otras medidas de rendimiento (Artificiales)
• Ley de Amdahl
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La pared de la disipación de potencia
La frecuencia de reloj y el consumo de energía ha aumentado por décadas, pero se detuvo hace unos años.
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Potencia• La tecnología CMOS (Complementary Metal Oxide
Semiconductor) es con la que se suelen construir la mayoría de circuitos integrados en la actualidad
• Los transistores CMOS presentan fuga, que se traduce en calor. Mientras más se disminuye el voltaje, más fuga se produce y más debe ser enfriado el chip
• Actualmente, 40% del consumo de energía, se fuga como calor. Este calor debe ser disipado por dispositivos de enfriamiento o apagando partes del procesador.
• Se pierde potencia a pesar de apagar los transistores.• Debido a esta problemática, se decidió cambiar la forma
tradicional de mejorar el rendimiento de los procesadores
Potencia consumida = Carga capacitiva x Voltaje2 x Frecuencia de switcheo
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Evolución en las CPUs
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Multicores
• Varios procesadores por Chip• Para evitar la confusión al decir “un procesador
con varios procesadores”, se dice “un procesador con varios núcleos”
• Este cambio implica que los programadores tendrán que recodificar sus programas para sacar provecho de la multiplicidad de núcleos. Retos:– Programas más complejos– No todo se puede paralelizar– Existe un costo por programar procesos, balancearlos
y por coordinar esta paralelización
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Construcción de un Chip
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Construcción de un Chip• La construcción comienza con el silicio (Sustancia
semiconductora que se encuentra en la arena). • Tras un proceso químico, pueden construirse
dispositivos que conducen o aíslan (switch): Transistor• El proceso de manufactura es crítico para el costo del
chip• Tubos de silicio (20-30 cm.) son rebanados en obleas
(2.5 mm)• Estas obleas son procesadas, construyendo los distintos
componentes, siguiendo un patrón.• Se buscan los defectos y se dividen los dados.• Cada dado es probado, encapsulado y probado otra vez
Costo del dado = Costo por obleaDados por oblea x Yield
Yield = 1
(1 + (Defectos por área x Area/2))2
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Oblea
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SPEC CPU benchmark
• SPEC: System Performance Evaluation Cooperative
• Carga de trabajo: Conjunto de programas ejecutados en un computador (Pueden ser provistos por un usuario o artificiales)
• El último es el SPEC CPU2006• SPECratio: Es un tiempo de referencia que
provee SPEC• Existen SPEC para distintos mercados de
computadores y para Potencia.
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SPEC del AMD Opteron X4
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MIPS• Otra alternativa al tiempo para intentar estimar
el rendimiento son los MIPS: Millones de Instrucciones por Segundo.
• Es fácil de entender y es inversa al tiempo de ejecución
• Tiene problemas:– No permite comparar computadores con diferentes
juegos de instrucciones– MIPS varía entre programas del mismo computador
MIPS = Cantidad de instruccionesTiempo de ejecución x 106
= Frecuencia de relojCPI x 106
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Ley de Amdahl
• El aumento posible del rendimiento por una mejora, está limitado a la magnitud de la parte mejorada.
Tiempo de ejecución después de la mejora
Tiempo de ejecución afectadopor la mejora
Magnitud de la mejora =
Tiempo de ejecuciónno afectado+