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
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
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.
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
Evolución en las CPUs
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
Construcción de un Chip
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
Oblea
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.
SPEC del AMD Opteron X4
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
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+