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 Voltaje 2 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

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 oblea Dados 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 instrucciones Tiempo de ejecución x 10 6 = Frecuencia de reloj CPI x 10 6

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 afectado por la mejora Magnitud de la mejora = Tiempo de ejecución no afectado +