1. По степени интеграции ядер и устройств

1.1.Слабоинтегрированные ядра в рамках нескольких кристаллов: в рамках 1 корпуса CPU находится несколько отдельных кристаллов CPU. Достоинства подхода: не нужно делать дополнительные сокеты на материнской плате. Недостаток: связь с внешним миром разделяема всеми 4 CPU.

1.2.Слабоинтегрированные ядра в рамках 1 кристалла. Достоинства: совмещение части служб для нескольких процессоров, что приводит к снижению энергозатрат и увеличению управляемости.

Недостатки: связь с внешним миром разделяема всеми CPU.

1.3.Процессоры средней интеграции ядер. Значимая часть устройств совмещена или разделяется ядрами (cash, контроллеры памяти, прерываний и т.д.)

1.4.Процессоры с ядрами высокой(плотной) интеграции. Большая часть устройств, в том числе исполнительных может разделяться ядрами.

2. По однородности ядер

2.1.Однородные. 2.2.Неоднородные (Однородность/неоднородность может быть как аппаратная, так и функциональная).

3. По связям между ядрами

3.1.Связь с помощью общей памяти (Общий кэш 2-ого уровня) (Intel).

3.2.Связь с помощью коммутаторов (связь с помощью коммутаторов в рамках процессора) (AMD, Cell).

3.3.Без связей.

Пути повышения производительности микропроцессоров.

1)сокращение времени выполнения каждой команды в отдельности; 2) увеличение числа обрабатываемых данных в единицу времени; 3) конвейеризация.

(1) – Повышение тактовой частоты процессора.

(2) – Увеличение IPC (Instructions per Circle).

(3) – Увеличение объема обработанных данных.

(1):

1.1.Сокращение выполнения каждой отдельной команды;

1.2.Конвейеризация выполнения команд. В 2001 г. настал кризис этого направления, т.к. технология не позволяла производить улучшения, а в длинных конвейерах опасен их простой.

(3): Получило развитие в векторных и матричных процессорах, также устройства стали внедряться в обычные скалярные процессоры. Проблема состоит в том, что не все операции являются векторными.

(2): Наиболее востребованное в наше время направление. Здесь имеется в виду не только количество команд в каждый конкретный цикл, но и усредненное значение в течение некоторого промежутка времени.

Увеличение IPC подразумевается на

- ILP (instruction level parallel)

- TLP (thread level parallel)

ILP – увеличение числа инструкций, выполняемых за такт процессора:

1. суперскалярная обработка (выбор из памяти нескольких команд). Инструкции могут выбираться либо самостоятельно процессором: для этого в процессоре должен быть анализатор внутреннего параллелизма программного кода, либо все это отдается компилятору (VLIW).

2. Спекулятивное внеочередное выполнение команд. Выбор процессором команд, для которых имеются ресурсы для выполнения.

TLP – разделяется на несколько подходов:

1. Крупнозернистый (course grained)

2. Тонкозернистый (fine grained) (CMT-chip multi threading (SUN))

3. SMT (simultaneous multi threading) – одновременная многонитевая обработка.

4. СМР (chip multiprocessing) - многопроцессорная обработка на кристалле.

(1): В рамках одного процесса запускается несколько нитей, каждая из которых обрабатывает свой поток команд. Здесь в процессоре появляются дополнительные устройства, позволяющие хранить контекст нескольких нитей (дублирование РОН’ов, стека и проч.). Работа идет в режиме разделения времени: сокращение времени на переключение контекстов.

(2): Каждой нити выделяется один такт. В CMT как бы понижается частота работы отдельной нити (f_CPU/n, где n – число нитей). Это очень полезно для северных систем. Происходит маскирование простоев (на обращение к памяти, cash и прочее).

(3): Одновременное выполнение нитей, но здесь происходит не циклическое переключение нитей, а переключение по мере необходимости (нет ресурсов) или по истечению кванта времени. Вершиной подхода SMT Является технология HTT (hyper threading technology). Эта технология отличается тем, что в 1 такт могут выполняться инструкции разных нитей: в рамках одного физического CPU. (Разделение аппаратных ресурсов между нитями).

(4): Многопроцессорность на уровне кристалла. В рамках одного процессора создается несколько процессорных ядер, каждое из которых представляется, с т.з. ОС и пользователя, как отдельный процессор и может выполнять потоки команд как отдельный процессор.

Билет №19. Современные многоядерные микропроцессоры. Классификация многоядерных микропроцессоров. Четырёхъядерные процессоры INTEL и AMD. Достоинства и недостатки подходов фирм AMD и INTEL. Двухядерные микропроцессоры фирм INTEL и AMD. Достоинства и недостатки подходов фирм AMD и INTEL.

Классификация многоядерных процессоров

Три критерия: 1) по степени интеграции ядер и устройств; 2) по однородности ядер; 3) по связям между ядрами.