Тенденции развития архитектуры микропроцессоров

Развитие МП идет по пути постоянного повышения их производительности. Традиционными направлениями являются повышение тактовой частоты работы МП и увеличение количества одновременно выполняемых команд в МП.

Повышение тактовой частоты, за счет увеличения количества ступеней в конвейере, приводит к большим потерям времени вследствие конфликтов по управлению или при переключении на новую задачу. Также увеличение частоты имеет и физические ограничения, связанные с самим кристаллом. На данный момент это направление почти себя исчерпало.

Увеличение числа конвейеров в микропроцессоре позволяет увеличить число команд, которые выполняются за один такт. В Pentium 4 этот показатель был равен 6 и являлся предельным. В реальности из-за различных взаимозависимостей, данный показатель еще ниже. Дальнейшее увеличение числа исполнительных устройств усложняет устройство управления, которое распределяет команды по конвейерам. Почти всегда исполняемые программы не позволяют обеспечить эффективную загрузку всех исполнительных устройств, что приводит к их простоям. Следует отметить также, что рост производительности микропроцессора не является прямо пропорциональным росту количества конвейеров, а обычно существенно ниже.

Есть три основных подхода для повышения производительности:

• CMP – создание на одном кристалле системы из нескольких микропроцессоров

• SMT - многонитевая архитектура;

• EPIC - вычисления с явным параллелизмом в командах.

CMP

Возросшие технологические возможности позволяют создать на одном кристалле несколько микропроцессоров и организовать их работу по принципу мультипроцессорных систем. В данном направлении производители чипов уже не стараются увеличить частоту, а смещают акцент на многоядерную архитектуру, которая позволяет наращивать производительность, сохраняя в приемлемых границах энергопотребление и тепловыделение.

SMT

Этот подход базируется на том, что одна задача не в состоянии полностью загрузить все возрастающие ресурсы микропроцессора. Поэтому на одном процессоре осуществляется запуск нескольких задач одновременно, при этом распараллеливание программ осуществляется аппаратными средствами МП.

EPIC

Распараллеливание алгоритма между исполнительными модулями производится компилятором на этапе создания машинного кода, когда команды объединяются в связки и не конкурируют между собой за ресурсы микропроцессора. При этом упрощается блок управления на кристалле.