Arquitectura de
Computadores II
2004/2005
1. Tendências Actuais em
no Desenho de Hardware
Paulo Marques
Departamento de Eng. Informática
Universidade de Coimbra
[email protected]
Evolução na Performance dos Processadores
2
Lei de Moore

Apenas quatro anos após o circuito integrado ter sido
inventado, Moore disse que:



“O número de transístores que a industria irá colocar
num circuito integrado duplicará todos os anos.”
A lei neste momento diz que são todos os 18 meses!
A performance está directamente relacionada com o
número de transístores num integrado (mas não só!)
Gordon E. Moore,
Co-Fundador da Intel
em 1968
Infelizmente, as outras partes
dos computadores (discos,
memória e o BUS), não
acompanham esta evolução.
3
Tendências – Tipos de Computadores
4
Tendências – Tipos de ISA
5
Diferentes Mercados = Diferentes Ênfases

Desktop Computing



Relação Preço/Performance
Baixa latência de resposta + Performance Gráfica
[e está-se a assistir à mudança
Multimédia
para a computação móvel... !!]

Server Market

Menor ênfase no custo
Ênfase na Disponibilidade (tolerância a falhas) e Escalabilidade

Throughput


Embedded Systems



Baixo consumo de energia
Custo baixo ( CPUs limitados / Memória limitada)
Real-time (...muitas vezes)
6
Existem muitos outros mercados...
ESA's comet chaser Rosetta
7
Grandes Problemas...

Não é possível continuar a aumentar o clock-rate à taxa
actual



ILP (Instruction Level Parallelism) limitado


Aumento do clock-rate à custa do aumento das fases do pipeline
Problemas de aquecimento/consumo ( Erros mais frequentes)
Em geral consegue-se ocupar 3/4 unidades funcionais no
máximo...
Enorme discrepância entre a velocidade do processador e
o resto da arquitectura do computador


Largura de banda necessária com a memória / placa gráfica
Largura de banda necessária com o bus de periféricos
8
Uma “perspectiva” humana...
Characteristic
CPU frequency
Processor Cycle Time
L2 cache access
Memory access
Thread context switch
Disk access
Process quantum
Scaled to Human Time
2GHz
0.5
10
80
5000
8000000
100000000
ns
ns
ns
ns (5us)
ns (8ms)
ns (100ms)
1
20
160
10000
16000000
200000000
s
s
s
s
s
s
(2.6 mins)
(2.7 hours)
(185 days)
(6.3 years)
In blue
►Things improving very fast
In orange ►Things improving to a degree
In red
►Things not really improving
9
The “Access Time Gap”
1ns  1GHz
10
Que novos tipos de processadores (desktop/server)?

Processadores multi-core
(e.g. IBM POWER5)

Processadores com
Simultaneous
Multithreading
(e.g. Intel Xeon 3GHz)

Múltiplos processadores
(e.g. Dual AMD Opteron)
11
Problema dos BUSES

Processador


Memória


133 MB/s @ 33MHz
Disco SATA/ATA150


DDR 400MHz
BUS PCI


3 GHz
150 MB/s (interface)
Gigabit Ethernet

120 MB/s
12
Quais as tendências actuais?

BUS:



Armazenamento de Massa



HyperTransport: > 6.4GB/sec por canal (HT2: 22.4GB/s)
PCI-Express:
 250 MB/s por dispositivo (norma série)
SATA:
 150MB/s, serial, point-to-point
Serial Attached SCSI (SAS):  300MB/s, serial, point-to-point
Periféricos “lentos”



USB 2.0:
Firewire IEEE 1394/iLink:
... Wireless USB (WUSB)?
480 Mbps [USB1.1: 12Mbps]
800 Mbps [1394a: 400 Mbps]
13
O que determina o custo dos processadores?

Curva de aprendizagem

Yield
...
...
...
...
Die
R&D
Processo de Fabrico
Volume de Mercado
Competição
Pentium 4 waffer
14
Processo de Fabrico
15
Curva de Preços de Processadores Intel
16
Curva de preços de DRAM
17
Diferença entre “custo” e “preço final”
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Material para ler
Computer Architecture: A Quantitative Approach
 Capítulo 1

1.1, 1.2, 1.4
19