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Desafios da tecnologia da computação e indústria
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Desafios da tecnologia da computação e indústria

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Seminárioa apresentado na cadeira de Arquitetura do mestrado (PPGI - UFPB). …

Seminárioa apresentado na cadeira de Arquitetura do mestrado (PPGI - UFPB).
Aborda temas relacionados à evolução dos processadores, principais desafios, disparidade entre velocidade de memória e processador, e relação entre aumento do número de núcleos e aumento de desempenho citando a Lei de Amdahl.

Cita também algumas técnicas "programáticas" de como "influenciar" processadores e memória cache a trabalhar de maneira mais eficiente.

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  • Demaisproblemas:Limitaçõesatomicasirácessar o crescimentoNa proximadecada, ocorrerá o crescimento de alto custo, com custos de fabricaçãoaumentandoinexoravelmente com difícilcontrole de tamanhosfisicamentemuitopequenosDificudade de estabeleceruma startup de semicondutores, poisexige alto investimento de risco, fugindo da zona de conforto de investidores de capital.
  •  No pronto de programação, citarhojeosprogramas mobile, quepoucos se utilizam dos recursosmultiprocessamento dos processadores mobile maisatuais.E: Ottelini, CEO da Intel, disseem 2004 queossoftwaressóseriammaisrápidos se osprogramadoresescreverem o software com rotinasparalelasparapoderem se utilizar do hardware multicore.
  • Memory Wall: the growing disparity between how fast a CPU can operate on data and how fast it can get the data it needs
  • EDUARDOBatteries Not Included – minimising the energy demands of electronics.As electronics becomes increasingly pervasive it is simply impractical to power it from batteries that constantly need changing. Can we use scavengedenergy, or get power requirements so low that a single battery will power the product throughout its life?
  • Silicon meets Life – interfacing electronics to biology. Retinal prostheses, implanted medical diagnostics, brain-machine interfaces –these are all promising life-enhancing technologies that require a much closer integration between electronics and biology.
  • EDUARDOMoore for Less– performance-driven design for next-generation chip technology. The drive for ever-higher computing power will continue, but much moreattention must be paid to the costs of so-doing: costs to the environment, and design costs
  • Building Brains – neurologically inspired electronic systems.Our brains are much more power-efficient than electronics, and much more tolerant of component failure. If we could gain insights into how the biological system functions we might learn how apply those lessons to novel computational systems, and how
  • Transcript

    • 1. Desafios da Tecnologia da Computação e Indústria Eduardo de Lucena Falcão Leandro Figueiredo Alves
    • 2.  Furber, S. (2008) – “The Future of Computer Technology and its Implications for the Computer Industry”. Oxford University Press, por The British Computer Society Patterson, D. (2010) – “The Trouble With Multicore”. IEEE Spectrum. Disponível em http://spectrum.ieee.org/computing/software/th e-trouble-with-multicore, último acesso em 09/04/2012 Moore, S. K. (2008) – “Multicore Is Bad News For Supercomputers”. IEEE Spectrum. Disponível em http://spectrum.ieee.org/computing/hardware/m ulticore-is-bad-news-for-supercomputers, último acesso em 09/04/2012Referências
    • 3.  Hill, M. D.; Marty, M. R. (2008) – “Amdahl’s Law in the Multicore Era”. IEEE Computer Society Alted, F. (2010) - “Why Modern CPUs Are Starving and What Can Be Done About it”. IEEE Computing in ScienCe & Engineering Berard, S.; Koomey, J. G.; Sanchez, M.; Wong, H. (2009) – “Assessing Trends in the Electrical Efficiency of Computation Over Time”. IEEE Annals of the History of ComputingReferências
    • 4.  Imagens (todos os links com último acesso em 09/04/2012): ◦ http://www.bbcbasic.co.uk/bbcbasic/birthday/ ◦ http://www.rodrigostoledo.com/2008/01/sandisk- 12gb-microsdhc-memoria-gigante-para-celulares/ ◦ http://diariodoandroid.com.br/acessorios/sandisk- anuncia-cartoes-microsd-64gb/9895/ ◦ http://thefutureofthings.com/news/6259/sdxc- memory-card-format-to-offer-2tb-of-storage.html ◦ http://www.reginaldtiangha.com/cpsc509/ssem.ht mReferências
    • 5.  Motivação Memória e CPU Multicore Considerações FinaisSumário
    • 6.  Motivação  Memória e CPU  Multicore  Considerações FinaisMotivação
    • 7. Assessing trends in theelectrical efficiency ofcomputation over time
    • 8. FONTE: http://www.techclube.com.brEvolução dos Computadores
    • 9. FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future of Computer Technologyand its Implications for the Computer Industry”Lei de Moore
    • 10. FONTE: http://www.rodrigostoledo.com/2008/01/sandisk-12gb-microsdhc-memoria-gigante-para-celulares/ acessado em 09/04/2012Lei de Moore
    • 11. FONTE: http://diariodoandroid.com.br/acessorios/sandisk-anuncia-cartoes-microsd-64gb/9895/ acessado em 09/04/2012Lei de Moore
    • 12. FONTE: http://thefutureofthings.com/news/6259/sdxc-memory-card-format-to-offer-2tb-of-storage.html acessado em 09/04/2012Lei de Moore
    • 13.  Transistores fisicamente menores ◦ Mais baratos ◦ Mais rápidos ◦ Maior eficiencia energética ◦ Mais aproveitamento de espaço ◦ Crescimento exponencial no custo da construção de uma fábricaLei de Moore
    • 14.  “Vivendo com a falha” ◦ “An immediate consequence of the near-atomic scale of near-future transistors is the need for designs to cope with increasing device variability and failure-rates” Borkar, S. (2005, apud Furber, 2008) ◦ “The challenge of designing reliable systems on unreliable technologies is not new”  Furber (2008) citando Neuman (1956) com seu trabalho sobre válvulas térmicasLei de Moore
    • 15. FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future of Computer Technologyand its Implications for the Computer Industry”Lei de Moore
    • 16.  “Vivendo com a falha” ◦ Arquiteturas de memória e a complexidade de microprocessadoresLei de Moore
    • 17.  Lei de Moore para a Energia (Feng, 2003)  “O consumo de energia dobrará a cada 18 meses”FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future of Computer Technologyand its Implications for the Computer Industry”“Lei de Feng”
    • 18.  1946 – 1958: desempenho dobra a cada 1,35 anos 1959 – 1961: 10x menos energia 1981 – 2009: desempenho dobra a cada 1,45 anosFONTE: Berard, S.; Koomey, J. G.; Sanchez, M.; Wong, H. (2009)“Assessing trends in the electrical efficiency of computation overtime”Resultados
    • 19.  Motivação Memória e CPU Multicore Considerações FinaisMemória e CPU
    • 20. Why modern CPUs are starvingand what can be done about it
    • 21. Francesc Alted, 2010 1200 1000 800 600 Memória CPU 400 200 0 1980 1990 2000Memória X CPU
    • 22. word 10 ns 100 MHzCPU
    • 23. Problema do “Power Wall” https://www.vaultnetworks.com/resources/amd-vs-intel/
    • 24.  Motivação  Memória e CPU  Multicore  Considerações FinaisMulticore
    • 25.  Mudança de Paradigma ◦ Processadores multicore se tornando padrão ◦ Necessidade de mudança de paradigma também na programação ◦ “General-purpose parallelism certainly hasn’t been solved and, until it is, the utility of the future many-core processors remains questionable” – Furber (2008)Vários núcleos, trabalho leve
    • 26. THE MULTI-CORE AGE
    • 27.  Mudança de Paradigma ◦ “Cut-and-paste is as easy on silicon as anywhere else, so putting two or four cores on a chip isn’t much harder than one (though maintaining a coherent memory model and balancing bandwidth requirements is non- trivial). The industry has simply abandoned the uniprocessor route as too hard and taken the line of least resistance. They can market ever more processor power through the multi-core route; whether or not you can use that power is your problem, not theirs.” – Furber (2008)Vários núcleos, trabalho leve
    • 28.  “After about 8 cores, there’s no improvement” – James Peery, diretor de computação, informação e matemática na Sandia, apud Moore (2008) “At 16 cores, it looks like 2” – James Peery, apud Moore (2008)Novo paradigma
    • 29.  Problema do “Memory Wall” “Although the number of cores per processor is increasing, the number of connections from the chip to the rest of the computer is not” – Moore (2008) Necessidade de maior integração de memória e processadores – James Perry, apud Moore (2008)Novo paradigma
    • 30. Francesc Alted, 2010 Why, exactly, can’t we improve memorylatency and bandwidth to keep up with CPUs?
    • 31. Francesc Alted, 2010O Modelo de Memória Hierárquica
    • 32. Técnicas para lidarcom o Data Starvation
    • 33.  Princípios: ◦ Localidade Temporal  Dados são reutilizados ◦ Localidade Espacial  Conjunto de dados são acessados sequencialmente http://www.pytables.org/docs/StarvingCPUs.pdf
    • 34.  Princípios: ◦ Localidade Temporal  Dados são reutilizados ◦ Localidade Espacial  Conjunto de dados são acessados sequencialmente http://www.pytables.org/docs/StarvingCPUs.pdf
    • 35. • Quando acessar a memória, leia um bloco sequencial que caiba na cache do CPU, opere sobre ela ou a reuse o máximo possível, e depois escreva o bloco de volta na memóriaThe Blocking Technique Francesc Alted, 2010
    • 36. http://www.pytables.org/docs/StarvingCPUs.pdfCompressão e Acesso de Dados
    • 37.  Versão moderna (1988): ◦ Se você aumentar uma fração f de uma computação por uma aceleração S, o aumento total de velocidade será: ◦ Quando f é pequeno, otimizações terão pouco efeito ◦ Limitação de aumento de velocidade: S tendendo ao infinito, o aumento de velocidade é limitado por 1/(1-f).Lei de Amdahl
    • 38.  Versão usando n processadores (1967): ◦ Limite de paralelização: a fração (1-f) seria totalmente sequencialLei de Amdahl
    • 39. (a) Multicore simétricos, com 16 cores de base (b) Multicore asimétricos, porém o autor se equivoca denominando também de ssimétrico, com 4 cores com 4 cores de base cada (c) Multicore assimétrico com um core com 4 cores de base e doze cores com uma baseFONTE: FURBER, S. (2008) “The Future of ComputerTechnology and its Implications for the Computer Industry”Lei de Amdahl
    • 40. Lei de Amdahl
    • 41.  Resultados dos cores simétricos “Result 1. Amdahl’s law applies to multicore chips because achieving the best speedups requires fs that are near 1. Thus, finding parallelism is still critical. Implication 1. Researchers should target increasing f through architectural support, compiler techniques, programming model improvements, and so on.” FURBER, S. (2008)FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future ofComputer Technology and its Implications for theComputer Industry”Lei de Amdahl
    • 42.  Resultados dos cores assimétricos “Result 2. Using more BCEs per core, r > 1, can be optimal, even when performance grows by only r . For a given f, the maximum speedup can occur at one big core, n base cores, or with an intermediate number of middle- sized cores. Recall that for n = 256 and f = 0.975, the maximum speedup occurs using 7.1 BCEs per core. Implication 2. Researchers should seek methods of increasing core performance even at a high cost.” FURBER, S. (2008)FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future ofComputer Technology and its Implications for theComputer Industry”Lei de Amdahl
    • 43.  Resultados dos cores dinâmicos “Result 3. Moving to denser chips increases the likeli-hood that cores will be nonminimal. Even at f = 0.99, minimal base cores are optimal at chip size n = 16, but more powerful cores help at n = 256. Implication 3. As Moore’s law leads to larger multicore chips, researchers should look for ways to design more powerful cores.” FURBER, S. (2008)FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future ofComputer Technology and its Implications for theComputer Industry”Lei de Amdahl
    • 44.  Motivação  Memória e CPU  Multicore  Considerações FinaisConsiderações Finais
    • 45.  Desafios propostos por Furber:FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future ofComputer Technology and its Implications for theComputer Industry”Considerações Finais
    • 46.  Desafios propostos por Furber:FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future ofComputer Technology and its Implications for theComputer Industry”Considerações Finais
    • 47.  Desafios propostos por Furber:FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future ofComputer Technology and its Implications for theComputer Industry”Considerações Finais
    • 48.  Desafios propostos por Furber:FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future ofComputer Technology and its Implications for theComputer Industry”Considerações Finais
    • 49.  Dúvidas? Perguntas? Considerações ou Curiosidades?FONTE: http://vocevaientender.wordpress.com/tag/duvidas/acessado em 09/04/2012Considerações Finais

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