Mavzu: Ko’p yadroli protsessorlarning arxitekturasi Reja: Kirish Bir oz tarix va atamalar

Mavzu:Ko’p yadroli protsessorlarning arxitekturasi
Reja:
1.Kirish
2.Bir oz tarix va atamalar.
3.Intel
1.Kirish

2005 yil. Ikki mikroprotsessor giganti - Intel va AMD birgalikda ikkita shovqinli birinchi yadroli protsessorlarini chiqardi. Bu mahsulotlar shaxsiy kompyuterlar sanoati etakchilarining navbatdagi raqobatbardosh yangiliklariga aylandi (so'nggi yillarda tez -tez sodir bo'lgandek), balki butun davrning (taktik va hatto strategik davrda) boshlanishini (baland ovozli so'zlardan qo'rqmaylik) e'lon qildi. "ish stoli" hisoblash. professional texnologiyalarning iste'molchilar segmentiga kirib kelishining navbatdagi bosqichi.

Hozirgi vaqtda siz 2 yadroli protsessor bilan hech kimni ajablantirmaysiz. Yana bir narsa shundaki, hamma ham kompyuterida bunday protsessorga ega emas. Kimdir moliyalashtirishga ruxsat bermaydi, lekin kimdir ko'p yadroli protsessorlar-bu foydalanuvchilarning cho'ntagidan pulni tortib olish uchun mo'ljallangan yana bir uydirma degan mish-mishlarga ega .
Aslida, bu shunday - protsessorlarning soat chastotasini oshirish tobora qiyinlashib bormoqda ( tranzistorlar, o'tkazgichlar va ishlab chiqariladigan issiqlik soni ortib bormoqda) va shuning uchun "almashtirish" ni qidirish kerak. megahertz uchun poyga ". Va yadrolarni qo'shib, bir qator zamonaviy ilovalarda ishlash chastotasini oshirmasdan sezilarli darajada oshishi mumkin. Ha, va taniqli Mur qonuni (kristallardagi tranzistorlar sonini ikki baravar ko'paytirish) biror narsa bilan qo'llab -quvvatlanishi kerak va ko'p yadroli buni qilishning deyarli eng oson yo'li ..
Bir narsa aniq, (hech bo'lmaganda men o'tkazgan so'rov natijalariga ko'ra) hech kim C2Ddan voz kechmaydi (ayniqsa bepul). Keling, ikkita texnologiya qanday kurashayotganini ko'rib chiqaylik - ikkita kompaniya, aniqlaylik , uyda ko'p yadro kerakmi va u qanday ishlaydi?
2.Bir oz tarix va atamalar.
Shubhasiz, ko'p yadroli protsessorlarning oyoqlari ko'p protsessorli tizimlardan o'sadi. Va ko'p protsessorli tizimlarni yaratish variantlari son -sanoqsiz: yaratilgan hamma narsani oddiy ro'yxatga olish ham juda ko'p joy oladi. Biroq, xotiraga kirish uchun umumiy qabul qilingan tasnif mavjud:
1. SMP-tizimlari (Simmetrik ko'p protsessorli tizimlar). Bunday tizimda barcha protsessorlar umumiy RAMga mutlaqo teng kirish imkoniyatiga ega. Bunday tizimlar bilan ishlash dasturchilar uchun haqiqiy zavqdir (agar, albatta, ko'p tarmoqli kodni yaratish "zavq" deb atash mumkin), chunki kompyuter arxitekturasi bilan bog'liq o'ziga xos "o'ziga xosliklar" yo'q. Ammo, afsuski, bunday tizimlarni yaratish nihoyatda qiyin: 2-4 protsessorlar SMP tizimlari uchun amaliy chegaradir, bu esa oqilona pulga to'g'ri keladi. Albatta, bir necha yuz ming dollarga ko'p sonli protsessorli tizimlarni sotib olish mumkin, lekin 32 protsessorli SMP uchun bir necha million (!) Dollar narxida arzonroq arxitekturalardan foydalanish iqtisodiy jihatdan maqsadga muvofiq bo'ladi.

2. NUMA- tizimlari ( Xotiraga bir xil bo'lmagan kirish tizimlari). Bu erda xotiraga kirish "heterojen" bo'lib qoladi: uning bir qismi "tezroq", ikkinchisi "sekinroq", va "uzoqdagi" bo'limdan javobni odatda "bir necha yil" kutish mumkin. Bunday holda, tizimda nisbatan sekin aloqa liniyalari bilan bog'langan, o'z tezkor "mahalliy" tasodifiy kirish xotirasi bo'lgan o'ziga xos "orollar" shakllanadi. "O'z" xotirasiga kirish tez sodir bo'ladi, "begona" - sekinroq, va boshqa birovning xotirasi "uzoqroq" joylashgan bo'lsa, unga sekinroq kirish imkoni bo'ladi. NUMA tizimlarini yaratish SMPga qaraganda ancha oson, lekin dasturlarni yozish qiyinroq - xotira xilma -xilligini hisobga olmaganda, siz NUMA uchun samarali dastur yozolmaysiz.

3. Nihoyat, ko'p protsessorli tizimlarning oxirgi turi klasterlardir. Biz faqat bir nechta "deyarli mustaqil" kompyuterlarni olamiz (klaster tugunlari yoki "tugunlar") va ularni yuqori tezlikdagi aloqa liniyalari bilan bog'laymiz. Bu erda umuman "umumiy xotira" bo'lmasligi mumkin. Bu tizim dasturchilar uchun juda noqulay va dastur doirasi sezilarli darajada cheklangan.
Ya'ni, agar siz hali ham NUMA uchun dasturlar tuza olsangiz, deyarli "bu narsa qanday ishlaydi" va oqimlar ishlashi uchun zarur bo'lgan ma'lumotlar qayerdan kelgani haqida o'ylamasdan; keyin, klaster bilan ishlashda, kim nima va qayerda bajarilishini juda aniq tasvirlab berish talab qilinadi. Lekin boshqa tomondan, bir dasta bo'lgan juda arzon.

Intel bugungi kunda SMP tizimlarini qurishni afzal ko'radi; AMD, IBM va Sun - bu NUMA -ning barcha variantlari. Klasterlarning asosiy "qo'llash sohasi" superkompyuterlardir.
Bir qarashda, ko'p yadroli protsessor g'oyasi juda oddiy ko'rinadi: biz faqat bitta korpusga ikkita yoki uchta (yaxshi yoki mos keladigan) protsessorlarni yig'amiz - va kompyuter bir vaqtning o'zida bir nechta dasturiy oqimlarni bajarish imkoniyatiga ega bo'ladi. Ko'rinib turibdiki, oddiy strategiya .. lekin uning yaqinda chiqarilgan AMD va Intel ish stoli protsessorlarida aniq qo'llanilishi bir-biridan keskin farq qiladi. Ular shunchalik farq qiladiki, "miqdoriy" kichik narsalar oxir -oqibat bu ikki kompaniyaning protsessorlari o'rtasidagi sifat farqiga aylanadi. Keling, raqobatchilarning yondashuvlaridagi farqlarni tushunishga harakat qilaylik.
3.Intel
Ish stoli kompyuterlar uchun ko'p yadroli protsessorlarni yaratishda, mikroprotsessor giganti dastlab umumiy avtobus bilan tanish SMP tizimlarini yaratish an'anasini davom ettirib, "eng kam qarshilik" yo'lidan borishni tanladi. Bunday MP tizimi juda oddiy ko'rinadi: bitta RAM, barcha operativ xotira ulanadi va bitta protsessor avtobusi, unga barcha protsessorlar ulanadi. Bu yadrolarning umumiy sxemasi yo'q.



Yangi ikki yadroli Smithfield protsessorlariga kelsak, Preskottga o'xshash ikkita an'anaviy yadro bitta silikon qolipda yonma-yon joylashgan va bir xil (umumiy) tizim avtobusiga elektr bilan ulangan. Bu yadrolarning umumiy sxemasi yo'q. 

Har bir Smitfild "yadrosi" ning o'ziga xos APIC, hisoblash yadrosi, L2 keshi va (eng muhimi) o'zining protsessorli avtobus interfeysi (Bus I / F) bor. Oxirgi holat shuni anglatadiki, har qanday tashqi mantiq nuqtai nazaridan Intelning ikki yadroli protsessori aynan ikkita oddiy protsessorga o'xshaydi (masalan, Intel Xeon).



Smitfild yadrosi "monolit" (ikkita yadro bitta protsessor qolipini tashkil qiladi), lekin keyingi avlod Intel ish stoli protsessorlari (Presler, 65nm texnologiyasi yordamida ishlab chiqarilgan) bundan ham arzimasroq bo'ladi - ikkita bir yadroli bir yadroli protsessor kristallari (Sidar tegirmoni) faqat bitta paketga qadoqlanadi (rasmga qarang).

Presler	Cedar Mill

Shu bilan birga, keyinchalik Intel mikroarxitektura jihatidan murakkabroq bo'ladi, ikki yadroli protsessorlarning versiyalari, shu jumladan Montecito (ikki yadroli Itanium), Yonah (Pentium M ning ikki yadroli analogi) va Intel Xeon asosida ko'p protsessorli serverlar uchun Paxville. Deputat. O'sha yilning mart oyida Patrik Gelsinger Intel-da 15 ta ko'p yadroli protsessorlar ishlab chiqarilishini e'lon qildi va korporatsiya ulardan beshtasini ishda namoyish etdi.

Bundan tashqari, agar 2004 yil o'rtalarida Intel rasmiylari ko'p yadroli protsessorlar "ishlash uchun boshqa poyga" emasligini ta'kidlagan bo'lsalar, chunki dasturiy ta'minot infratuzilmasi o'sha paytgacha optimallashtirilgan ilovalar bilan bunday protsessorlarni qo'llab-quvvatlashga unchalik tayyor emas edi, hozirda Intel ko'p yadroli. faoliyatning barcha asosiy sohalarida, shu jumladan ilovalarni ishlab chiqish va disk raskadrovka qilishda birinchi o'rinda turadi (aloqa va sensorli tarmoqlardan tashqari - hozircha;)). Va bu ajablanarli emas - protsessorlarning soat chastotasini oshirish tobora qiyinlashib bormoqda va shuning uchun "megahertz poygasi" o'rnini bosadigan narsani izlash kerak. Va yadrolarni qo'shib, bir qator zamonaviy ilovalarda ishlash chastotasini oshirmasdan sezilarli darajada oshishi mumkin. Ha, va taniqli Mur qonuni (kristallardagi tranzistorlar sonini ikki baravar ko'paytirish) biror narsa bilan qo'llab -quvvatlanishi kerak va ko'p yadroli buni qilishning eng oson yo'li .. :)
Aslida, Intelning hozirgi tushunchasida ko'p yadroli uchta mumkin bo'lgan variantlardan biri:

1. Mustaqil protsessor yadrolari, ularning har biri o'z kesh xotirasiga ega, bitta qolipda joylashgan va oddiy tizimli avtobusga ega. Bu Smithfield yadrosiga asoslangan 90nm Pentium D.

2. Shunga o'xshash variant - bir nechta bir xil yadrolar har xil kristallarda joylashganida, lekin bitta protsessor korpusi bilan birlashtirilganida (ko'p chipli protsessor). Bu Presler va Dempsey yadrolariga asoslangan 65nm avlod Pentium va Xeon protsessorlari bo'ladi.
3. Nihoyat, yadrolarni bitta qolipga bir -biriga mahkam bog'lab qo'yish mumkin va ularning umumiy resurslaridan (masalan, avtobus va kesh) foydalanish mumkin. Bu Montecito yadrosidagi eng yaqin Itanium. Va shuningdek, mobil Yonah, uning chiqarilishi ko'p shovqinlarni va'da qiladi.
O'tish paytida, biz 90 nm texnologik texnologiya yordamida ishlab chiqarilgan Montecito, 130 nm Madison yadrosidagi oldingi modelga qaraganda, bir qator boshqa afzalliklarga ega bo'lishini ta'kidlaymiz: Hyper-Threading-ning mavjudligi (ya'ni, u tizimda 4 sifatida ko'rinadi) mantiqiy protsessorlar), sezilarli darajada kam quvvat sarfi, yuqori ishlashi (1,5 barobar yoki undan ko'p), kesh xotirasining to'rt barobar kattaligi (24 MB dan yuqori: 2x1 MB L2 ko'rsatmalari, 2x12 MB L3 ma'lumoti), 410 millionga nisbatan 1,72 milliard tranzistorlar va Ko'proq.
Birinchi ikki yadroli mobil protsessor Yonah, 2006 yil boshida yangi Napa mobil platformasining bir qismi sifatida paydo bo'lishi kerak, bundan kam qiziq bo'lmaydi. Yonahda 2MB L2 umumiy keshi va umumiy 667 MGtsli QPB tizimli avtobus boshqaruvi yordamida ikkita ishlov berish yadrosi bo'ladi. U PGA 478 va BGA 479 form faktorlarida 65nm texnologiyasi yordamida ishlab chiqariladi, 151,6 million tranzistorni o'z ichiga oladi, XD-bit texnologiyasini qo'llab-quvvatlaydi va dastlabki ma'lumotlarga ko'ra, yadrolarning bir-biri bilan o'zaro ta'sirining ba'zi mexanizmlarini qo'llab-quvvatlaydi.
Intelning ikki yadroli va ko'p yadroli protsessor arxitekturasiga o'tishning umumiy rejalari rasmda ko'rsatilgan. Birinchi sakkiz yadroli Intel protsessori, ehtimol, 2007 yilda Intel Itanium liniyasini davom ettiradigan Tukwila bo'ladi.






Hozircha (2005) bizda Intel -dan faqat Smitfild bor - eng oddiy "ikki protsessorli protsessorlar" - til "yadrolar" haqida gapirishga ham burilmagan. Hamma narsa imkonsiz darajada zerikarli (ammo, taraqqiyot har doim ham "kulgili" emasligi bilan bog'liq :)) .. Va, afsuski, u Intel -ning barcha mavjud chiplari bilan mos kelmaydi, chunki chiplar uchun mo'ljallangan. endi bitta protsessorli avtobus "Dual" tizimlari bilan amalda ishlashi kerak bo'ladi , ikki protsessorli chipsetlar (Intel protsessorlarni "ikkitomonlama" va "ko'p protsessorli tizimlar" ni aniq ajratib qo'ygan) "to'rtlik" bilan ishlashni o'rganishi kerak bo'ladi. - to'rtta protsessor. Ya'ni, tizim avtobusidagi yuk sezilarli darajada oshadi va oldingi chiplar shunchaki buning uchun mo'ljallanmagan. Aytgancha, Intel Smithfield-ni i925 / 915 seriyali chipsetlarda ishlatishga urinib ko'rdi, lekin bunday to'plamning ishlashi har doim ham etarli darajada barqaror emas edi, shuning uchun uni rasman tark etishga va hatto ikki yadroli ishga tushirishni istisno qilish choralarini ko'rishga qaror qilindi. eski chipli anakartlarda protsessorlar.
Xuddi shunday, ikki yadroli Intel Xeon liniyasiga qaytdi- qisman bu ikki yadroli protsessorlar tomonidan ishlatiladigan QPB avtobusiga yuk ortishi tufayli Intel to'rt yoki undan ortiq protsessor tizimlari uchun ikki yadroli Xeon MP-ni chiqarishni kechiktirmoqda, har bir yadro o'z kesh xotirasiga ega bo'lsa-da, ikkita protsessor yadrosi uchun umumiy tizimli avtobus boshqaruvchisiga ega 90-nmli yangi Paxville kristalini ishlab chiqarishni afzal ko'radi. Avvaliga ikki protsessorli Xeons faqat "ikki kristalli" Dempsi bo'lib qoladi. 



Ikki yadroli protsessorli "Klassik" ikki protsessorli SMP tizimi

Va nihoyat, shuni ta'kidlaymizki, Intelda "umuman tizim" ni tashkil qilish ikki yadroli protsessor qurilmasi kabi an'anaviy hisoblanadi. Unda bir nechta "tengdosh" markaziy ishlov berish bo'linmalari mavjud (odatda umumiy avtobusda); operativ xotira va har xil darajadagi ishchi qurilmalar mavjud. Bu butun majmuani maxsus aloqa protsessori - chipsetning "Shimoliy ko'prigi" bir butunga birlashtiradi. Umuman olganda, kompyuterda yangi bo'lgan barcha ma'lumotlar oqimi o'tadi. "Protsessorlar" agar ta'bir joiz bo'lsa, bor kompyuter "boshlarini", keyin shimoliy ko'prik uning yurak bo'ladi. Bunday "markazlashgan" yondashuv, birinchi navbatda, nisbatan sodda, ikkinchidan, har bir kompyuter komponenti yuqori darajada ixtisoslashgan va boshqa komponentalardan mustaqil ravishda modernizatsiya qilinishi mumkin bo'lgan qulaydir. Ya'ni, xuddi shu Shimoliy ko'prik bilan siz, masalan, RAMning mutlaqo boshqa turlarini ishlatishingiz mumkin va aksincha - Shimoliy ko'prikni o'zgartirsangiz, masalan, bir xil protsessorga ega bo'lgan har xil turdagi RAMdan foydalanishingiz mumkin.