Intel Autor: David Giner Rodríguez Actualización Intel Multi–cores 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones

2 Introducción Arquitectura Prestaciones Futuro Conclusiones Referencias 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones Índice

3 Los procesadores iban siguiendo la Ley de Moore en cuanto a su desarrollo. Cada 2 años se duplicaba la densidad de integración en un chip. Esto quiere decir que sus prestaciones se duplicaban cada 18 meses. 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 1. Introducción

5º IT – Microprocesadores para comunicaciones La Ley de Moore también implicaba un aumento del consumo. Prácticamente crecía al mismo ritmo que la densidad de integración. 1. Introducción 4

5º IT – Microprocesadores para comunicaciones Los diseñadores se enfrentaban a un serio problema: la disipación de calor en el chip. De seguir incrementándose en la misma proporción que en el pasado, la tecnología se estancaría debido a este contratiempo. 1. Introducción 5

Idea: en vez de continuar aumentando la frecuencia de reloj en un solo núcleo, utilizar una arquitectura multi–núcleo. De esta forma se pueden incrementar las prestaciones de los procesadores y, a la vez, “controlar” y reducir el consumo y la densidad de potencia. Roadmap seguido por “Intel”: 1. Lanzamiento comercial del procesador de doble núcleo a mediados de Llegada al mercado del procesador de cuádruple núcleo a finales de Lanzamiento del pseudo–procesador de ocho núcleos en el primer trimestre de Nombre en clave Skulltrail. 4. Procesador cuádruple real, optimizando toda la estructura de buses e interconexiones a finales de º IT – Microprocesadores para comunicaciones 1. Introducción 6

Hay que distinguir entre los dos planteamientos de “Intel”: 1. Multi–núcleo “ficticio”: i. Varios núcleos, un dado (Pentium D= 2x Pentium 4). ii. Varios dados, un encapsulado (Core 2 Quad = 2x Core 2 Duo). 2. Multi–núcleo “real” ––> varios núcleos independientes integrados en un solo dado, estructura optimizada (Core 2 Duo). 2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 7

Primera arquitectura propuesta: Pentium D (derivada de Pentium 4). Variantes: Smithfield y Presler.  Smithfield: i. Tecnología de fabricación de 90 nm. ii. Comercializado a mediados de iii. 2 núcleos Prescott en un solo dado.  Presler: i. Tecnología de 65 nm. ii. Comercializado a mediados de iii. 2 núcleos Cedar–Mill en un solo dado. 2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 8

Segunda arquitectura propuesta: Intel Core Microarchitecture (nueva). Variantes: Core 2 Duo y Core 2 Quad.  Conroe y Allendale (familia Core 2 Duo): i. Tecnología de 65 nm. ii. Comercializado a mediados de iii. Doble núcleo real.  Kentsfield (familia Core 2 Quad): i. Tecnología de 65 nm. ii. Comercializados a finales de iii. 2x núcleos Conroe en un encapsulado. 2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 9

Tercera arquitectura propuesta: Penryn (derivada de “Intel Core Microarchitecture”). Variantes: Core 2 Duo y Core 2 Quad.  Wolfdale y Yorkfield (familias Core 2 Duo y Core 2 Quad, respectivamente): i. Tecnología de fabricación de 45 nm. ii. Comercialización a finales de 2007 (Yorkfield) y principios de 2008 (Wolfdale). iii. Doble núcleo real (Wolfdale) y 2x Wolfdale en un encapsulado (Yorkfield). 2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 10

2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  Dual core de 45nm (Wolfdale)  Quad core de 45nm (Yorkfield) 11

 Cuarta arquitectura propuesta “Nehalem”(recientemente lanzado al mercado), se trata de un procesador real de cuatro núcleos: i. Una escalabilidad dinámica. ii. “Hyper-Threading Techonology”: un soporte de 2-8 núcleos pudiendo llegar a más de 16. Permite aplicaciones de alto rendimiento dentro del flujo principal en 2-16 hilos optimizados para esta nueva generación de arquitecturas de procesadores multi-núcleos. iii. “Intel Turbo-Boost Technology” iv. “QuickPath”: Memoria escalable compartida, caracteriza para procesador controladores de memoria integrados e interconexiones punto a punto de alta velocidad. v. Caches compartidas multinivel 2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones

 Bloomfield/Lynnfield: Familias de “Nehalem”: i. Bloomfield: primeros en comercializarse, son los de la familia “i7”. Frecuencias de reloj 2.66,2.93 y 3.20 GHz. ii. Lynnfield: Serían los segundos en comercializarse y vendrían a ser la gama media, todavía no se encuentran en el mercado. 2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones

2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones

Siguiente arquitectura: “Westmere” -> Derivada de la “Nehalem” i. Tecnología de fabricación de 32nm. ii. Comercialización en iii. Principales mejoras respecto a ”Nehalem”: 1. Procesador de 6 cores 2. Un nuevo juego de instrucciones que aumentará por tres la tasa de encriptación y de decodificación. 3. Mejora la latencia de virtualización. 2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 15

Futuras arquitecturas: “Sandy Bridge” entre 2009 y 2010 i. Tecnología de fabricación de 32nm. ii. Arquitectura completamente nueva. iii. Podrían ser los primeros 8 núcleos reales iv. Se centrará su arquitectura en: 1. Eficiencia de energía 2. Frecuencias de reloj poco superiores. 3. Nuevo sistema de interconexión. 4. Nuevo juego de instrucciones de vectores 5. Aumento del datapath de 128 a 256 bits. Futuras arquitecturas: “Haswell”: i. Tecnología de fabricación de 22 nm. ii. Comercialización en iii. Diseño nuevo de la caché. iv. revolucionarios sistemas de ahorro de energía v. Nuevos juegos de instrucciones. 2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 16

2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  Procesadores de “Intel” 17

2. Arquitectura 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 18

3. Prestaciones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  SPEC CFP ProcesadorChipsNúcleosThreadsCPU MHz Intel Core i7-965 Extreme Edition Intel Core i Intel Core i Intel Core 2 Extreme QX Intel Core 2 Quad Q Intel Core 2 Duo E

3. Prestaciones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 20 Entre las diferentes aplicaciones que hay, hemos querido explicar las siguientes, debido a su importancia y coste computacional: bwaves: simula numérica ráfagas de ondas en 3 dimensiones a través de un fluido. gamess: Realiza un amplio rango de operaciones de cálculo de química cuántica. milc: Ejecuta cálculos sobre teoría quántica y la consistencia de la materia zeusmp: Crea la solución de un problema físico en 3 dimensiones de una ráfaga de ondas dentro de un campo magnético. cactusADM: Resuelve las ecuaciones de la evolución de Einstein. Es un conjunto de 10 parejas de ecuaciones diferenciales parciales no lineales. GemsFDTD: Soluciona las ecuaciones de Maxwell en 3-D en el dominio del tiempo del método de las diferencias finitas. Sphinx3: Programa que realiza reconocimientos de voz.  SPEC CFP2006

3. Prestaciones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  SPEC CFP

3. Prestaciones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  Fritz 11 (kilo nodos/s) 22

3. Prestaciones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  Filtro Photoshop CS3 (seg.) 23

3. Prestaciones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  PcMark – Memory Suite (puntos) 24

3. Prestaciones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  Powerpoint a PDF (seg.) 25

3. Prestaciones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  Crisis demo (fps) 26

3. Prestaciones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones  Sandra 2008 – Floating Point 27

5º IT – Microprocesadores para comunicaciones En septiembre de 2006 el consejero delegado de “Intel”, Paul Otellini, presentó un prototipo de procesador de 80 núcleos. Esperan que para 2011 se comercialicen los primeros modelos. En la foto, sostiene la oblea de 300 mm con los prototipos. “Intel” tiene previsto implementar la tecnología de 32 nm en 2009 y la de 22 nm en Futuro 28

5. Conclusiones 5º IT – Microprocesadores para comunicaciones “Intel” reduce el tiempo a mercado de sus productos. Esto se traduce en: ↓ investigación + ↓ tecnología + ↓ gastos. Opta por la solución tecnológica fácil al principio, pasado un tiempo, la mejora: Ej. Pentium D ––> Core 2 Duo. A día de hoy ya ofrece un núcleo cuádruple real, que son los de la estructura “Nehalem”, el siguiente paso será unir 2 “cores i7” para formar uno de 8 cores antes de aplicar la nueva arquitectura  Solución + barata Contrariamente a lo que pueda parecer, en la gran mayoría de las aplicaciones las prestaciones de la tecnología nueva no duplican las de la anterior. Ej. Core 2 Quad ≠ 2x Core 2 Duo. Las aplicaciones deben estar preparadas para aprovechar al máximo las prestaciones de las nuevas arquitecturas. Desgraciadamente, en este sentido, el software va un paso por detrás del hardware. 29

 Apuntes y documentación de la asignatura “Microprocesadores para comunicaciones”        techfreep.com/intel-80-cores-by-2011.htm  Roadmap-Penryn-Nehalem-and-the-Future/p3  5º IT – Microprocesadores para comunicaciones 6. Referencias 30