A processzorok hatékonyságának fejlődése (általában)

A processzorok hatékonyságának fejlődése (általában)

3/b. ábra: Processzorok hatékonysága

2.

fcSPECint_base2000/

Year79 1980 81 82 83 84 85 86 87 88 89 1990 91 92 93 94 95 96 97 98 9978 2000 01 02 03 04 05

~ constant

~ 10x/ 10 years

2. gen. szuperskalárok

0.05

0.1

0.02

0.5

1

0.2

0.01 ~~

A processzorhatékonyság meredeken növekvő szakasza

az x86 processzorok esetén

4. ábra: Intel korai processzorainak hatékonysága

1.

fcSPECint_base2000/

Year79 1980 81 82 83 84 85 86 87 88 89 1990 91 92 93 94 95 96 97 98 9978 2000 01 02 03 04 05

~ 10x/ 10 years

0.05

0.1

0.02

0.5

1

0.2

0.01 ~~

*

**

**

* **

** *

Pentium

486DX

386DX

286

Pentium IIPentium Pro

A hatékonyságnövelés forrásai(x86 processzorok esetén)

→ szóhossz növelése 8/16 32 bit(286 386DX)

→ időbeli párhuzamosság bevezetése, növelése(1. és 2. generációs futószalag processzorok)(386DX, 486DX)

→ kibocsátási párhuzamosság bevezetése, növelése(1. és 2. generációs szuperskalárok)(Pentium)

1.

ILP-szinten a hatékonyság növelési forrásainak kimerülése

A 2. generációs (széles) szuperskalárokkal kezdődően általános célú alkalmazásokban a processzorok hatékonyságának

extenzív növelési forrásai kimerültek

1.

általános célú alkalmazásokban:

2. generációs szuperskalárok szélessége rendelkezésre álló ILP

A processzor hatékonyság stagnálása által kiváltott fejlődési főirányok

Az órafrekvencia erőteljes növelése

(~100* / 10 év)

EPIC architektúra

(IPC )

2.

Az órafrekvencia erőteljes növelése

A fejlődés fő vonulata

általános célú alkalmazásokbana 2. generációs szuperskalároktól kezdődően

Implikációk

3.

→ RISC processzorok kiszorulása(MIPS R, Alpha, HP PA 8000, POWER PC)

→ Fejlődési korlátok megjelenése

• Hatékonysági korlát

• Disszipációs korlát

• Párhuzamos buszok frekvenciakorlátja

Hatékonysági korlát4.

Alapvető ok: a processzor és a memória alrendszer közötti

táguló sebességolló.

Okok (1)

5. ábra: Processzor memóriák relatív késleltetési ideje

4.

20

40

30

1.0 2.0fc

1.5 2.50.5

10 *

*

*

*

*

*

*

3.0 3.5

*

4.0

Memory latency

*

*

*

**

60

50

80

70

100

90

Pentium

Pentium Pro

Pentium II

Pentium III Pentium 4

RDRAM-40

120

110

*

*

*

*

* *

RDRAM-60 DDR2 533

DDR 400

DDR 333

PC 133

PC 100

PC 66

386

EDO

(cycles)

FPM

130*

DDR 266

486

*

*

(GHz)

Okok (2)

6. ábra: Processzor memóriák relatív átviteli rátája (D: kétcsatornás)

4.

0.20

0.40

0.30

1.0 2.0fc

1.5 2.50.5

0.10

**

*

**

*

*

*

**

*** *

3.0 3.5

*

*

*

**

4.0

Tmemory/f c

*

*

*

**

**

*

*

*

** *

*

**

*

0.60

0.50

0.80

0.70

1.00

0.90

Pentium

Pentium Pro

Pentium II

Pentium III Pentium 4

PC-66

PC-100

PC-133

DDR 266

PC-800D

DDR 333

DDR 333D

** *

******

DDR 400

DDR 400DDDR 533D

*

*

*

*

*

*

*

*

FPM

EDO

(GHz)

Okok (3)

7. ábra: A processzor busz relatív sebessége

4.

0.20

0.40

0.30

1.0 2.0fc

1.5 2.50.5

0.10

*

*

*

*

*

*

*

**

**

**

*

3.0 3.5

**

*

*

*

4.0

SPECint_base2000/f c

**

*

*

*

*

*

**

*

*

*

*

*

**

*

0.60

0.50

0.80

0.70

1.00

0.90

Pentium

Pentium Pro

Pentium II

Pentium III

Pentium 4

66

100

133 400 533

8001066

(GHz)

10. ábra: Fejlett szuperskalár processzorok hatékonysága megszabó legfontosabb tényezők

4. Következmények (3)

fc

Core efficiency

Decreasing core efficiencydue to the memory gap

Increasing core efficiencyprimarily due to enhanced

memory subsystem(L2, FSB, memory)

(GHz)

Következmények (1)

8. ábra: Intel Pentium III és Pentium 4 processzorainak hatékonysága fixpontos feldolgozás esetén

4.

0.40

0.5

0.45

1.0 2.0fc

1.5 2.50.5

0.35

0.30

**

*

*

*

*

**

*

*

*

*

*

**

*

*

****

0.55

3.0 3.5

***

**

*

*

**

*

**

*

*

4.0

Katmai512K dir L2

Coppermine256K on-die L2

Willamette256K on-die L2

Northwood A512K on-die L2

Prescott (1M)1M on-die L2

Prescott (2M)2M on-die L2

Irwindale512K on-die L2

2M on-die L3

800 MHz/PC-3200/SATA-150/HT800 MHz/PC-3200/ATA-100

100 MHzPC-100

SCSI-U2W

100 MHzPC-100

ATA-100

100 MHzPC-133

ATA-100

400 MHzPC-800 RDRAM

ATA-66

400 MHzPC-800 RDRAM

ATA-66

800 MHzPC-4300

SATA-150

Pentium 4Pentium III


Northwood C512K on-die L2

~~

800 MHz/PC-3200/ATA-100

533 MHzPC-800 RDRAM

ATA-100

800 MHzPC-3200

SATA-150HT

**

*

800 MHz/PC-2667/ATA-100

Northwood B512K on-die L2

* *

(GHz)

9. ábra: AMD Athlon, Athlon XP és Athlon 64 processzorainak

hatékonysága fixpontos feldolgozás esetén


0.40

0.50

0.45

1.5 2.5fc

2.0 3.01.0

0.35

0.30

* *

*

*

*

***

*

**

* *

*

**

*

*

0.65

3.5

**

*Palomino

256K on-die L2

Clawhammer1M on-die L2

Thorougbread256K on-die L2

200 MHzPC-100

ATA-66200 MHzPC-100

ATA-66

200 MHzPC-133

ATA-66

200 MHzPC-133

ATA-66

266 MHzPC-2100

ATA-100

266 MHzPC-2100

ATA-100

333 MHz/PC-2700/ATA-100

Athlon-XP

Athlon


0.5

Barton512K on-die L2

Thunderbird256K on-die L2

400 MHz/PC-3200/ATA-100

PC-3200ATA-133

f =fFSBmemory

K7512K dir L21

K75512K dir L22,3

1 f =0.5*fL2 c 2 f =0.4*fL2 c (f =750/800/850 MHz)c3 f =0.3*fL2 c (f =900/950/1000 MHz)c

Athlon 64

~~0.60

~~4.0

(GHz)

11. ábra: Intel és AMD processzorok hatékonyságának

összehasonlítása


0.40

0.50

0.45

1.0 2.0fc1.5 2.50.5

0.35

0.30

**

*

*

*

*

**

*

*

*

*

*

**

*

*

****

3.0 3.5

***

**

4.0

512K/100

256K/100

256K/400

512K/400

1M/800

2M/800


512K/800

~~

**

*

512K/533

* *

**256K/200

* *

***

**512K/200

*

*

**

**

*

256K/266

*

*

512K/400

512K/333

0.65

0.60

*** 1M/fFSB

1000

0.55

1200 1400 1600 1800

Pentium IIIPentium IV

Athlon

Athlon XP

Athlon 64

(GHz)

12. ábra: Intel és AMD processzorok tervezési filozófiájának

összehasonlítása


0.40

0.50

0.45

0.35

**

*

*

*

*

**

*

*

*

*

*

**

*

*

****

***

**

512K/100

256K/100

256K/400

512K/400

1M/800

2M/800


512K/800

~~

**

*

512K/533

* *

**

256K/200

* *

***

**512K/200

*

*

**

**

*

256K/266

*

*

512K/400

512K/333

0.65

0.60

*** 1M/fFSB

1000

0.55

1200 1400 1600 1800

Designs preferringcore efficiency

Designs preferring clock frequency

1.0 2.0fc1.5 2.50.5 3.0 3.5 4.0

(GHz)

0.75

0.70

0.80

*2M/400


Athlon

Athlon XP

Athlon 64

Pentium M

Disszipációs korlát (1)

Disszipáció (D) :

D=A*C*V*fc + V*Ileak

ahol:A: aktív kapuk részarányaC: a kapuk összesített kapacitásaV: tápfeszültségfc: órafrekvencia

Ileak: szivárgási áram

5.

13. ábra: Intel processzorok fajlagos disszipációja

5

10

50

100

20

2100 1000 5000

*

*

*

*

**

****

*

*

*

*

**

*

*

* **

*

*

*

Prescott

Northwood

WillametteTualatin

Coppermine

Katmai

Deshutes

Klamath

P6

P54CS

P54C

P5

*

(W/cm )2

fc2000200 50020 50

D/die area

0.8μ 0.6μ

0.6μ

0.35μ

0.35μ

0.35μ

0.25μ

0.25μ

0.18μ

0.18μ

0.13μ0.13μ

0.09μ

(MHz)

5. Disszipációs korlát (2)

14. ábra: Intel és AMD processzorok

0.40

0.50

0.45

0.35

**

*

*

*

*

**

*

*

*

*

*

**

*

*

****

***

**

512K/100

256K/100

256K/400

512K/400

1M/800

2M/800


512K/800

~~

**

*

512K/533

* *

**

256K/200

* *

***

**512K/200

*

*

**

**

*

256K/266

*

*

512K/400

512K/333

0.65

0.60

*** 1M/fFSB

0.55

Thermal

wall

Core design,

technology

1.0 2.0fc1.5 2.50.5 3.0 3.5 4.0 ~~ (GHz)

1000 1200 1400 1600 18000.80

*2M/400

0.75

0.70


Athlon

Athlon XP

Athlon 64

Pentium M


A processzor tervezésben a disszipációt csökkentő technikák előtérbe kerülése


Az órafrekvencia növelését hangsúlyozó fejlesztési irány háttérbe szorulása

11/00 1/02^

0.18 /42 mtrs

^

400 MHz FSB

Northwood-A

Xeon DP line

Desktop-line

Celeron-line

Willamette

1.4/1.5 GHz

(Value PC-s)

On-die 256K L2

0.13 /55 mtrs

400 MHz FSB

2A/2.2 GHzOn-die 512K L2

2/02

^

0.13 /55 mtrs

400 MHz FSB

1.8/2/2.2 GHzOn-die 512K L2

5/01

^

0.18 /42 mtrs

400 MHz FSB

1.4/1.5/1.7 GHzOn-die 256 K L2

11/02

^Prestonia-B

0.13 /55 mtrs

533 MHz FSB

2/2.4/2.6/2.8 GHzOn-die 512K L2

Foster Prestonia-A Nocona

2/04

^

0.09 /125mtrs

800 MHz FSB

2.80E/3E/3.20E/3.40E GHzOn-die 1M L2

2000 2001 2002 2003 2004

Xeon - MP line

3/02^

0.18 /108 mtrs

400 MHz FSB

1.4/1.5/1.6 GHzOn-die 256K L2

11/02^

Gallatin

0.13 /178 mtrs

400 MHz FSB

1.5/1.9/2 GHzOn-die 512K L2

Foster-MP

On-die 512K/1M L3 On-die 1M/2M L3

5/02^

Northwood-B

0.13 /55 mtrs

533 MHz FSB

2.26/2.40B/2.53 GHzOn-die 512K L2

5/02^

Willamette-128

400 MHz FSB

1.7 GHz

11/02^

6/04^

0.09 / 125 mtrs

800 MHz FSB

2.8/3.0/3.2/3.4/3.6 GHzOn-die 1M L2

Northwood-B

533 MHz FSB

3.06 GHzOn-die 512K L2

0.13 /55 mtrs

400 MHz FSB

2 GHzOn-die 128K L2

0.18 0.13

9/02^

Northwood-128

On-die 128K L2

Cores supporting hyperthreading

5/03

^Northwood-C

800 MHz FSB

2.40C/2.60C/2.80C GHzOn-die 512K L2

0.13 /55 mtrs

Cores with EM64T implemented but not enabled

2005

2Q/05^

Potomac

0.09 > 3.5 MHz

On-die 1M L2On-die 8M L3 (?)

Irwindale-C

1Q/05^

0.09 3.0/3.2/3.4/3.6 GHz

On-die 512K L2, 2M L3

Jayhawk

2Q/05^

0.09

(Cancelled 5/04)

3.8 GHzOn-die 1M L2

3Q/05

^Tejas

0.09 /4.0/4.2 GHz

On-die 1M L2(Cancelled 5/04)

Irwindale-A

11/03^

800 MHz FSB

3.2EE GHzOn-die 512K L2, 2M L3

0.13 /178 mtrs

Cores supporting EM64T

6/04

^

0.09 /125mtrs

800 MHz FSB

2.8/3.0/3.2/3.4/3.6 GHzOn-die 1M L2

11/04^

Irwindale-B

0.13 /178mtrs

1066 MHz FSB

3.4EE GHzOn-die 512K L2, 2 MB L3

533 MHz FSB

2.4/2.53/2.66/2.8 GHzOn-die 256K L2

0.09

6/04^

Celeron-D

PGA 603 PGA 603

PGA 603 PGA 604

PGA 478 LGA 775

PGA 423 PGA 478 PGA 478 PGA 478 PGA 478 PGA 478 LGA 775

PGA 478 PGA 478

PGA 603 PGA 603

0.18 /42 mtrs

^

400 MHz FSB

Willamette

On-die 256K L2

PGA 478

3/04^

Gallatin

0.13 /286 mtrs

400 MHz FSB

2.2/2.7/3.0 GHzOn-die 512K L2

On-die 2M/4M L3

PGA 603

8/01

PGA 478533 MHz FSB

2.53/2.66/2.80/2.93 GHzOn-die 256K L2

0.09

9/04^

Celeron-D

Extreme Edition

7/03

^Prestonia-C

0.13 /178 mtrs

533 MHz FSB

3.06 GHzOn-die 512K L2, 1M L3

PGA 603

1.4 ... 2.0 GHz0.09 /125mtrs

800 MHz FSB

3.20F/3.40F/3.60F GHzOn-die 1M L2

LGA 775

8/04

^

12 13

8,9,10PrescottPrescott Prescott-F115 6,7

LGA 775

42,3

1 1

Intel P4 processzorcsaládja (Netburst architektúra)

– 14 –

Párhuzamos buszok frekvenciakorlátja6.

Okok (1)

15. ábra: Párhuzamos buszok bitvezetékei közötti futási idő különbségek (skew)

63. bit

0. bit

Skew

6.

Okok (2)

16. ábra: A futási idő különbségek (skew) kiegyenlítése a MSI 915 G Combo alaplap processzor buszánál

6.

Következmény

17. ábra: Jelátvitel soros buszonA futási idő különbségek (skew) kiegyenlítése a MSI 915 G

Combo alaplap processzor buszánál

D+

D-

"0" "1"

6.

Soros buszok használata

Gyors párhuzamos buszok helyett a soros buszok előtérbe kerülése

(lassú buszoknál is, költségokokból)

6. Párhuzamos buszok frekvenciakorlátja

A jelentkező fejlesztési korlátok végső következményei7.

18. ábra: Az órafrekvencia növelési helyzete

Az órafrekvencia növekedésének lényeges lassulása

50

*

100

cf

500

1000

200

2000

5000

~100*/10 years

Year1990 91 92 93 94 95 96 97 98 99 2000 01 02 03 04 05

(MHz)

2. gen.superscalars

~Saturation

A processzorok hatékonyságának fejlődése (általában)

Documents

Transcript of A processzorok hatékonyságának fejlődése (általában)