Багатоядерна архітектура

Міністерство освіти та науки України

Київський національний університет технологій та дизайну

Кафедра комп’ютерні науки

Багатоядерна архітектура

Перевіряє:

Опанасенко Володимир Миколайович

Воконала:

Черниш Олена Костянтинівна

Київ 2023

[pic 1]

[pic 2]

Багатоядерні архітектури

• У цій роботі йдеться про нову тенденцію в архітектурі комп’ютерів:

копіювання кількох ядер процесора на одному кристалі

[pic 3]

Багатоядерний процесор

• Ядра підходять до одного процесорного роз’єму
• Також називається CMP (Chip Multi-Processor )

[pic 4]

Ядра працюють паралельно

[pic 5]

У кожному ядрі потоки розділені за часом

(так само, як на однопроцесорі)

[pic 6]

Взаємодія з операційною системою

• ОС сприймає кожне ядро як окремий процесор
• Планувальник ОС відображає потоки/процеси до різних ядер
• Більшість основних ОС сьогодні підтримують багатоядерність: Windows, Linux, Mac OS X, …

Паралелізм на рівні інструкцій

• Процесор може змінювати порядок, конвеєрні інструкції, розбивати їх на мікроелементи, виконувати агресивне прогнозування розгалужень тощо.
• Паралелізм на рівні інструкцій дозволив швидко збільшити швидкість процесора за останні 15 років

Паралелізм на рівні потоку (TLP)

• Це паралелізм у більш грубому масштабі
• Сервер може обслуговувати кожного клієнта в окремому потоці (веб-сервер, сервер бази даних)
• Комп’ютерна гра може зробити AI, графіку та фізику в трьох окремих потоках
• Одноядерні суперскалярні процесори не можуть повністю використовувати TLP
• Багатодерні архітектури є наступним кроком в еволюції процесорів: явне використання TLP

Загальний контекст: Мультипроцесорів

• Мультипроцесор – будь-який комп’ютер з кількома процесорами
• SIMD - Одна інструкція, кілька даних, сучасні відеокарти
• MIMD - Кілька інструкцій, кілька даних

Типи багатопроцесорної пам’яті

• Спільна пам'ять:

У цій моделі є одна (велика) спільна пам'ять для всіх процесорів

• Розподілена пам'ять:

У цій моделі кожен процесор має власну (невелику) локальну пам'ять, і її вміст більше ніде не копіюється

Які додатки отримують користь від багатоядерних процесів?

• Сервери без даних
• Веб-сервери (веб-комерція)
• Компілятори
• Мультимедійні програми
• Наукові програми CAD/CAM
• Загалом програми з паралелізмом на рівні потоку (на відміну від паралелізму на рівні інструкцій)

Більше прикладів

• Редагування фотографії підчас запису телешоу через цифровий відеомагнітафон
• Завантаження програмного забезпечення під час запуску антивірусної програми
• « Усе, що сьогодні можна обєднати в потоки, буде ефективно відображатися на багатоядерній програмі»
• АЛЕ: деякі програми важко розпаралелювати

Техніка, яка доповнює багатоядерність:

одночасна багатопотоковість

• Вирішено проблему:

конвеєр процесора може зупинитися:

• очікування результату довгої операції з плаваючою комою (або цілого числа)
• очікування надходження даних із пам’яті

Інші блоки виконання чекають невикористаними

Одночасна багатопотоковість (SMT)