計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展ppt

1、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展1發(fā)展的動(dòng)因多核體系結(jié)構(gòu)進(jìn)展多核體系結(jié)構(gòu)關(guān)鍵問題2半導(dǎo)體器件技術(shù)的進(jìn)步（最活躍的動(dòng)力） 工藝尺寸縮小，集成度提高應(yīng)用推動(dòng)（根本推動(dòng)力） 科學(xué)計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，人工智能，機(jī)器學(xué)習(xí)等體系結(jié)構(gòu)中一些重要技術(shù)進(jìn)步 RISC，VLIW，流水技術(shù)，多發(fā)射，超標(biāo)量，多線程技術(shù)，亂序執(zhí)行，分支預(yù)測，預(yù)取技術(shù)等對技術(shù)路線的挑戰(zhàn) 頻率墻，功耗墻，存儲(chǔ)墻，應(yīng)用墻 從提高單個(gè)處理單元處理速度到多核到眾多核 發(fā)展的動(dòng)因3時(shí) 間原 因每年的性能增長1946年起的25年 兩種因素都起著主要的作用 25% 20世紀(jì)70年代末80年代初 大規(guī)模集成電路和微處理器出現(xiàn),以集成電路為代表的制造技術(shù)的發(fā)展 約35%

2、 20世紀(jì)80年代中開始 RISC結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷更新和變革，制造技術(shù)不斷發(fā)展50%以上維持了約16年 2002年以來 3個(gè)（見下頁）約20%推動(dòng)計(jì)算機(jī)性能增長的關(guān)鍵兩因素：器件技術(shù)和體系結(jié)構(gòu)發(fā)展4 功耗問題（已經(jīng)很大）。 可以進(jìn)一步有效開發(fā)的指令級(jí)并行性已經(jīng)很少。 存儲(chǔ)器訪問速度的提高緩慢。 5 從單純依靠指令級(jí)并行轉(zhuǎn)向開發(fā)線程級(jí)并行和數(shù)據(jù)級(jí)并行。 體系結(jié)構(gòu)的重大轉(zhuǎn)折：6 從單核到多核，由美國斯坦福大學(xué)首先提出。其思想是將大規(guī)模并行處理器中的對稱多處理器集成到同一芯片內(nèi)，各個(gè)處理器并行執(zhí)行不同的任務(wù)，通過挖掘程序的線程級(jí)并行性克服指令級(jí)并行性難以進(jìn)一步開發(fā)的問題。 “雙核”概念，主要

3、是指基于X86開放架構(gòu)的雙核技術(shù)。 2. 多核體系結(jié)構(gòu)進(jìn)展7 Intel Montecito （2006） 雙核Itanium，IA-64架構(gòu)，基于EPIC顯式并行指令計(jì)算（Explicitly Parallel Instruction Computing）架構(gòu)，多層Cache，提高訪問命中率，超標(biāo)量，多線程 Intel Tukwila （2010） 四核Itanium，IA-64架構(gòu) Intel 至強(qiáng) 7500系列 （2010） 8核，16個(gè)線程，可擴(kuò)展更多核，x86架構(gòu) AMD 皓龍6000 （2010） 12核，x86架構(gòu)2. 多核體系結(jié)構(gòu)進(jìn)展（續(xù)）8IBM Power4（2001） 雙核，Unix架構(gòu)，超標(biāo)量8，亂序執(zhí)行，復(fù)雜的Cache層次IBM Power7（2010） 8核，32線程，每核4線程2. 多核體系結(jié)構(gòu)進(jìn)展（續(xù)）9Intel Core2 Duo （2006） 酷睿2雙核，高能低耗，前端總線，二級(jí)緩存 服務(wù)器版，桌面版，移動(dòng)版 奔騰雙核E系列，中低端用戶，酷睿架構(gòu) 酷睿i系列博銳處理器（i3,i5,i7），智能商務(wù)，超線程處理 2. 多核體系結(jié)構(gòu)進(jìn)展（續(xù)）10存儲(chǔ)墻問題 處理器和存儲(chǔ)器速度增長差距片上互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通信機(jī)制 帶寬延遲，連接復(fù)雜度，適應(yīng)片上系統(tǒng)應(yīng)用的通信協(xié)議并行性問題 程序設(shè)計(jì)模型對并行性的支持功耗問題可靠性設(shè)計(jì)，測試和驗(yàn)證高性能Cache