Evolução das CPUs: Dual e Quad Core

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Tiago Gil Frade
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1 Evolução das CPUs: Dual e Quad Core Cesar Sposito Mário J. Filho Rodrigo Ferrassa... os computadores sequenciais estão se aproximando do limite físico fundamental em sua energia potencial computacional. Tal limite é a velocidade da luz... Angel L. DeCegama

2 Introdução Limite: Pentium IV Desafio: Aumento frequência de clock. Corrida por clock (Intel X AMD). Athlon Thunderbird X Pentium III. Intel: Movimento arriscado. Investimento em um processador com um longo pipeline. Pentium IV.

3 Pentium IV: longo pipeline Pipeline é uma técnica de hardware que permite que a CPU realize a busca de uma ou mais instruções além da próxima a ser executada. Pentium III: 10 estágios. Pentium IV: 20 estágios a 31 estágios. Dobrar o número de estágios no processador é como dobrar o número de funcionários de uma empresa.

Pentium III: 10 estágios. Pentium IV: 20 estágios a 31 estágios.

4 Longo pipeline: Consequencias Com mais estágios, o processador seria capaz de atingir freqüências mais altas. Adicionar mais estágios tornou o processador menos eficiente, pois as instruções precisavam do dobro do número de ciclos do processador para serem processadas. Possuir o dobro de estágios significa também possuir aproximadamente o dobro de transistores e consumir o dobro da eletricidade.

Adicionar mais estágios tornou o processador menos eficiente, pois as instruções precisavam do

5 Mais consumo Maior aquecimento Maior consumo gera maiores desperdícios. Maior desperdicio gera maiores aquecimentos. A dissipação térmica (W/cm^2) de um Pentium 4, é próximo do núcleo de um reator nuclear. Se a produção de processadores continuasse da mesma forma, num futuro não muito distante, teríamos um processador com dissipação térmica próxima a da superfície solar.

A dissipação térmica (W/cm^2) de um Pentium 4, é próximo do núcleo de um reator nuclear.

6 Aquecimento Fonte:

7 A barreira dos 3.4 GHZ Desde 1983 até 2002, as taxas de frequência de clock aumentaram de 5 MHz para 3 GHz. Aumento do clock 600 X em 19 anos. Na época, a Intel previa alcançar 5.2 GHz no final de 2004 e planos para 10 GHz no final de Porém, nada disso aconteceu. Os 3.4 GHz se tornaram uma barreira difícil de transpor. Fim da Lei de Moore?

GHz. Aumento do clock 600 X em 19 anos. Na época, a Intel previa alcançar 5.

8 Hyper Treading: Inicio do processamento paralelo Hyper Treading: simula em um único processador físico dois processadores lógicos. Pode melhorar desempenho de até 30% Utiliza as partes ociosas dos recursos para simular dois núcleos.

9 Evolução Elevando, por exemplo, em 20% a freqüência do processador, aumentamos apenas em 13% o seu desempenho e como efeito colateral, também passa a consumir 73% mais energia. Recíproca verdadeira.

10 Estratégia Reduzindo a freqüência em 20%, perdemos apenas 13% de desempenho e reduzimos em 49% o consumo de energia. Se reduzíssemos em 20% o clock e colocássemos dentro da mesma pastilha dois processadores?

11 Estratégia: Multiplos Núcleos Teríamos um processador de dois núcleos com 73% mais desempenho e consumindo praticamente a mesma coisa (~2% mais energia). Processadores multicore podem simultaneamente executar múltiplas tarefas computacionais.

praticamente a mesma coisa (~2% mais energia).

12 Single-Core X Dual-Core Fonte:

13 Nova Arquitetura Caminhou bastante, porém para o lado e não para a frente (National Instruments). NetBurst Core Pentium D Quad Core Core 2 Duo Pentium IV Pentium III

14 Arquitetura Core Somando-se a estratégia de lançar processadores de múltiplos núcleos, a nova arquitetura interna do processador também foi importante. Maior eficiência de execução de instruções por ciclo de CPU. Maior desempenho e menor consumo. A arquitetura Core consegue desempenho superior aos da microarquitetura Netburst (anterior) com o clock muito inferior.

Maior eficiência de execução de instruções por ciclo de CPU.

15 Arquitetura Core Derivada do Pentium III Pentium M. Pipeline de 14 estágios. Cache de memória L2 é compartilhado. Pré-buscas são compartilhadas, se o controlador de cache carregar um bloco de dados para ser usado pelo primeiro núcleo, o segundo núcleo também pode usar o dado já carregado. Aprimoramento da unidade de pré-busca do processador ( Melhor Chute ).

Pré-buscas são compartilhadas, se o controlador de cache carregar um bloco de dados para

16 Arquitetura Core Quanto menor o número de instruções a serem executadas, mais rápido o computador realizará a execução da tarefa além de consumir menos. O decodificador de instruções do Pentium IV pode decodificar três instruções por pulso de clock, já o do Core 2 Duo (Arquitetura Core) 4.

17 Arquitetura Core Novo conceito: Fusão de instruções load eax, [mem1] cmp eax, [mem2] jne target load eax, [mem1] cmp eax, [mem2] + jne target Graças ao conceito de fusão de instruções o decodificador de instruções da arquitetura Core consegue fundir 2 instruçoes enviar 5 por pulso de clock.

Graças ao conceito de fusão de instruções o decodificador de instruções

18 Arquitetura Core E mais! Unidade de ponto flutuante (FPU) e uma unidade lógica e aritmética (ALU) extras. Caminho de dados real de 128 bits. Desambiguação de memória. Chaveamento Elétrico Avançado. Etc.

19 Quad Core

20 Quad Core - É uma das versões de processadores da Intel mais recente apresentada com núcleos Kentsfield(65nm) e Yorkfield(45nm). - O clock pode alcançar até 3.33Ghz. Em overclocking, com cooler de ar, até 4.0Ghz, e na água até 5Ghz. - Exemplos: Core 2 Quad, Core 2 Extreme: quad-core, Quad-Core Xeon.

21 Quad Core - Multi-Chip: Duas pastilhas de silício (1 núcleo em cada) encapsuladas junto: Comunicação externa. - Monolítica: Uma pastilha de silício integra 2 núcleos encapsulados: Comunicação interna. - Monolítica Multi-Chip: Duas pastilhas de silício (2 núcleos em cada) encapsuladas: Comunicação interna e externa.

22 Quad Core

23 Quad Core Jogos

24 Quad Core Jogos

25 Quad Core - Exemplos

26 Aquecimento: Netburst X Core Pentium D Pentium Extreme Edition

27 Aquecimento: Netburst X Core Core 2 Duo Core 2 Extreme Core 2 Quad

28 Arquitetura Core Processadores Dual/Quad/Six Core Xeon

29 Arquitetura Core Núcleos

30 AMD: Athlon 64 X2 Primeiro processador com dois núcleos da AMD. Deriva do Athlon 64.

31 AMD: Athlon 64 X2

32 AMD: Athlon 64 X2

33 AMD: Phenom X3/X4 Três ou Quatro núcleos independentes. Os núcleos se comunicam internamente dentro da pastilha. Controlador de memória integrado. Tecnologia HT.

34 AMD: Phenom X3/X4

35 Considerações Finais Por 10 anos os aumentos de desempenho vieram à custa do uso cada vez mais ineficiente do uso de energia. A partir de 2001, a taxa de crescimento de desempenho pareceu ter reduzido. Se essa diminuição será ou não temporária ainda é uma questão obscura. Arquitetos estão usando técnicas cada vez mais complexas para tentar explorar mais paralelismo a nível de instrução. J L Hennessy e D A Patterson

36 Considerações Finais Com essa estratégia em mente, os fabricantes de processadores tem o desafio de continuar entregando a melhor relação desempenho/watts. A Intel propõem melhorar sempre, em um ano a microarquitetura, no ano seguinte a miniaturização, e assim por diante.

37 Considerações Finais Fonte:

38 Considerações Finais 2007 a Intel lança os primeiros processadores para servidores fabricados com a tecnologia de 45nm foi o ano do Nehalem, que foi o nome código da nova microarquitetura, que permitirá um outro passo importante, para manter viva a Lei de Moore.

39 Considerações Finais Processadores Futuros (Roadmaps) Arquitetura Processador Nehalem Westmere Sandy Bridge Haswell Core i7 - Clock Núcleos Processo Intel 2,6-3,2 Ghz 4 por padrão 45nm 6 por padrão 32nm nm 8 por padrão 22nm Cache 1 a 8mb 1 a 12mb 8 a 24mb - TDP Previsão 130W 150W Novembro / / AMD Barcelona Opteron Shanguai Opteron/Phenom Istambu Phenom Magny-Cours São Paulo nm 45nm 45nm 45nm 45nm 2mb 6mb 6mb 12mb 6mb /

40 Bibliografia J L Hennessy e D A Patterson HENSON Valerie Bookshelf: Ultimate Computation The Kernel Hacker's Physical Limits of INTEL - products/ processor/index.htm BLOGS INTEL - FAPESP - NATIONAL INSTRUMENTS

41 Bibliografia CLUBE DO HARDWARE PC FÓRUM - FÓRUM PC - Vasconcelos, Laércio Introdução aos processadores dual core e quad core

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