Duo- und Quad Prozessor-Architektur

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Duo- und Quad Prozessor-Architektur. Ein Vortrag von Roman Funk und Stefan Landsiedel Rsselsheim, 13. Januar 2010. Was sind Duo- bzw. Quad -Core-Prozessoren?. Quad -Core Prozessor. Duo-Core-Prozessor. Grnde fr die Multikern-Prozessor-Technologie. - PowerPoint PPT Presentation

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Dou- und Quad Prozessor-Architektur

Duo- und Quad Prozessor-ArchitekturEin Vortrag von Roman Funk und Stefan Landsiedel

Rsselsheim, 13. Januar 20101Duo-Core-ProzessorQuad-Core ProzessorWas sind Duo- bzw. Quad-Core-Prozessoren?

2Grnde fr die Multikern-Prozessor-TechnologieLeistungssteigerungen sind mit bloer Taktfrequenzssteigerung nicht mehr realisierbar

Die Multikern-Prozessor-Technologie bietet den Vorteil von weniger Wrmeentwicklung bei niedrigerem Stromverbrauch

Mehrere Befehle knnen gleichzeitig abgearbeitet werden in einem realen Mehrkernprozessor im Gegensatz zum Hyper-Threading

Es stehen mehrere Prozessoren zur Verfgung3Sinn und ZweckKosten fr den Einsatz eines einzelnen Chips mit mehreren Ressourcen hufig geringer als bei mehreren einzelnen Chips

Mit Mehrkernprozessoren deutlich flssigeres Arbeiten mglich, da ein weiterer Kern fr neue Aufgaben bereit steht und das System dann nicht erst warten muss, bis Ressourcen verfgbar sind.

Wrmeabgabe geringer als bei Zwei separaten Prozesskernen.

4Wie ist ein Prozessor aufgebaut?Beispiel: Einfache logische SchaltungenUND-SchaltungODER-Schaltung

Durch Millionenfache Verknpfung dieser und anderer logischer Schaltungen, Speichereinheiten, Bussen, Taktgebern, erhlt man einen Prozessor5ALU

6Schaltbild mit Prozessor-Komponenten

Bench-Performed UnitProgramm CacheData CacheAkkumulatorALUFPURegisterBus7NetBurst ArchtitekturPrinzipiell: Hohe Taktrate und lange Pipelines

Pipelining:8Was ist ein Prozessorkern?Ein Prozessorkern besteht aus:- ALU- Adress-Decoder- Instruction-Decoder- Akkumulator- Registern - Bussen9Multikern-ProzessorenDie Duo-Core-Prozessoren bestehen aus eben zwei solcher Prozessorkerne

Die Quad-Core-Prozessoren bestehen aus vier solchen Prozessorkerne

Die einzelnen Prozessorkerne knnen dabei vllig unabhngig voneinander arbeiten so als ob in zwei bzw. vier echte Prozessoren eingebaut wren.10Voraussetzung fr die Nutzung von Mehrkern-ProzessorenAuf Multi-Core-Prozessoren laufen prinzipiell alle Software ProgrammeDoch um die Vorteile des Multi-Core auszunutzen mssen die Programmteile tatschlich auf mehrere Prozessorkerne aufgeteilt werden. Andernfalls ist wie frher eben nur ein Prozessorkern mit der Abarbeitung des Programms beschftigt.

In der Zukunft wir die Software immer mehr an Multi-Core-Technologie angepasst sein, weil es diese Technik schon seit 2004 gibt.

Und natrlich muss auch die restliche Hardware darauf ausgerichtet sein.11Der Duo-Core-Prozessor

-Besteht aus zwei Kernen Geringere Taktung = weniger Stromverbrauch Zwei Prozesse gleichzeitig Schnellere Ausfhrung dank Parallelisierung Abschaltung von CPU Komponenten 45 nm Fertigung 291 Millionen Transistoren12Der Quad-Core-Prozessor

-Besteht aus vier Kernen Geringere Taktung = weniger Stromverbrauch Vier Prozesse gleichzeitig Schnellere Ausfhrung dank Parallelisierung Abschaltung von CPU Komponenten 45 nm Fertigung 582 Millionen Transistoren13Shared-Memory ProgrammierungParallelisierung durch Compiler-Optionen oder direkt mit Parallelisierungs-Direktiven bzw. mit Verwendung von parallelen mathematischen Bibliotheken in der Anwendung.

Beispiel OpenMP-Standard definiert spezielle Compiler-Direktiven, die diesen dann anweisen z.B. die Abarbeitung einer for-Schleife auf mehrere Threads und/oder Prozessoren zu verteilen.

Vorteil:bessere parallele Effizienz durch schnellen breitbandigen Datenbus

Nachteil:groe Shared-Memory-Parallelrechner relativ teuerProzessoranzahl begrenzt

14Message-Passing ProgrammierungStandard, der den Nachrichtenaustausch bei parallelen Berechnungen auf verteilten Computersystemen beschreibt. Festlegung einer Sammlung von Operationen und ihre Semantik, also eine Programmierschnittstelle, aber kein konkretes Protokoll und keine Implementierung.

Das Rechengebiet (Domain) wird zerlegt und auf alle Prozessoren verteilt (Domain-Decomposition)Jeder Prozessor rechnet lokal und kommuniziert ber optimierte MPI-Funktionen mit den anderen Prozessoren.

Vorteil:Kostengnstige Hardware, theoretisch unendliche Prozessoranzahl

Nachteil:Geringere Effizienz, bei steigender Prozessoranzahl

15AusblickDa derzeit die Multi-Core-Technologie die einzige Mglichkeit der Leistungssteigerung darstellt wird auch dahingehend entwickelt.

AMD hat 2008 die Lcke mit Dreikernprozessoren geschlossen

Heute gibt es schon Prozessoren mit bis zu 64 Kernen. Diese haben aber eine andere Busbreite und knnen daher nur von speziellen OS gesteuert werden.16