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EACHEvolução das CPUs: Dual e Quad Core     Cesar Sposito     Mário J. Filho    Rodrigo Ferrassa      ... os computadores ...
EACH     Introdução – Limite: Pentium IV    Desafio: Aumento frequência de clock.    Corrida por clock (Intel X AMD).  ...
EACH         Pentium IV: longo pipeline    Pipeline é uma técnica de hardware que    permite que a CPU realize a busca de...
EACH     Longo pipeline: Consequencias    Com mais estágios, o processador seria    capaz de atingir freqüências mais alt...
EACH    Mais consumo – Maior aquecimento    Maior consumo gera maiores desperdícios.    Maior desperdicio gera maiores  ...
EACHAquecimentoFonte: http://blogs.intel.com
EACH          A barreira dos 3.4 GHZ    Desde 1983 até 2002, as taxas de    frequência de clock aumentaram de 5 MHz    pa...
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EACH       Estratégia: Multiplos Núcleos    Teríamos um processador de dois núcleos    com 73% mais desempenho e consumin...
EACHSingle-Core X Dual-Core     Fonte: http://blogs.intel.com
EACH              Nova Arquitetura    “Caminhou bastante, porém para o lado e    não para a frente” (National Instruments...
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EACHQuad Core
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EACHQuad Core
EACHQuad Core – Jogos
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EACHQuad Core - Exemplos
EACHAquecimento: Netburst X Core              Pentium D         Pentium Extreme Edition
EACHAquecimento: Netburst X Core           Core 2 Duo         Core 2 Extreme          Core 2 Quad
EACHArquitetura Core – Processadores         Dual/Quad/Six Core Xeon
EACHArquitetura Core – Núcleos
EACH             AMD: Athlon 64 X2• Primeiro processador com dois núcleos da AMD.• Deriva do Athlon 64.
EACHAMD: Athlon 64 X2
EACHAMD: Athlon 64 X2
EACH       AMD: Phenom X3/X4• Três ou Quatro núcleos independentes.• Os núcleos se comunicam internamente  dentro da pasti...
EACHAMD: Phenom X3/X4
EACH           Considerações Finais    Por 10 anos os aumentos de desempenho    vieram à custa do uso cada vez mais    in...
EACH           Considerações Finais    Com essa estratégia em mente, os    fabricantes de processadores tem o desafio    ...
EACHConsiderações Finais   Fonte: http://blogs.intel.com
EACH           Considerações Finais    2007    a   Intel   lança os   primeiros    processadores para servidores fabricad...
EACH                          Considerações Finais                                         Processadores Futuros (Roadmaps...
EACH                    Bibliografia    J L Hennessy e D A Patterson    HENSON Valerie -          The Kernel Hackers    ...
EACH                   Bibliografia    CLUBE DO HARDWARE -    http://www.clubedohardware.com.br/    PC FÓRUM - http://ww...
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Evolução das CPUs

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Evolução das CPUs

  1. 1. EACHEvolução das CPUs: Dual e Quad Core Cesar Sposito Mário J. Filho Rodrigo Ferrassa ... os computadores sequenciais estão se aproximando do limite físico fundamental em sua energia potencial computacional. Tal limite é a velocidade da luz... Angel L. DeCegama
  2. 2. EACH Introdução – Limite: Pentium IV Desafio: Aumento frequência de clock. Corrida por clock (Intel X AMD). Athlon Thunderbird X Pentium III. Intel: Movimento arriscado. Investimento em um processador com um longo pipeline. Pentium IV.
  3. 3. EACH Pentium IV: longo pipeline Pipeline é uma técnica de hardware que permite que a CPU realize a busca de uma ou mais instruções além da próxima a ser executada. Pentium III: 10 estágios. Pentium IV: 20 estágios a 31 estágios. Dobrar o número de estágios no processador é como dobrar o número de funcionários de uma empresa.
  4. 4. EACH Longo pipeline: Consequencias Com mais estágios, o processador seria capaz de atingir freqüências mais altas. Adicionar mais estágios tornou o processador menos eficiente, pois as instruções precisavam do dobro do número de ciclos do processador para serem processadas. Possuir o dobro de estágios significa também possuir aproximadamente o dobro de transistores e consumir o dobro da eletricidade.
  5. 5. EACH Mais consumo – Maior aquecimento Maior consumo gera maiores desperdícios. Maior desperdicio gera maiores aquecimentos. A dissipação térmica (W/cm^2) de um Pentium 4, é próximo do núcleo de um reator nuclear. Se a produção de processadores continuasse da mesma forma, num futuro não muito distante, teríamos um processador com dissipação térmica próxima a da superfície solar.
  6. 6. EACHAquecimentoFonte: http://blogs.intel.com
  7. 7. EACH A barreira dos 3.4 GHZ Desde 1983 até 2002, as taxas de frequência de clock aumentaram de 5 MHz para 3 GHz. Aumento do clock 600 X em 19 anos. Na época, a Intel previa alcançar 5.2 GHz no final de 2004 e planos para 10 GHz no final de 2005. Porém, nada disso aconteceu. Os 3.4 GHz se tornaram uma barreira difícil de transpor. Fim da Lei de Moore?
  8. 8. EACH Hyper Treading: Inicio do processamento paralelo Hyper Treading: simula em um único processador físico dois processadores lógicos. Pode melhorar desempenho de até 30% Utiliza as partes ociosas dos recursos para simular dois núcleos.
  9. 9. EACH Evolução Elevando, por exemplo, em 20% a freqüência do processador, aumentamos apenas em 13% o seu desempenho e como efeito colateral, também passa a consumir 73% mais energia. Recíproca verdadeira.
  10. 10. EACH Estratégia Reduzindo a freqüência em 20%, perdemos apenas 13% de desempenho e reduzimos em 49% o consumo de energia. Se reduzíssemos em 20% o clock e colocássemos dentro da mesma pastilha dois processadores?
  11. 11. EACH Estratégia: Multiplos Núcleos Teríamos um processador de dois núcleos com 73% mais desempenho e consumindo praticamente a mesma coisa (~2% mais energia). Processadores multicore podem simultaneamente executar múltiplas tarefas computacionais.
  12. 12. EACHSingle-Core X Dual-Core Fonte: http://blogs.intel.com
  13. 13. EACH Nova Arquitetura “Caminhou bastante, porém para o lado e não para a frente” (National Instruments). NetBurst Core Pentium D Quad Core Core 2 Duo Pentium IV Pentium III
  14. 14. EACH Arquitetura Core Somando-se a estratégia de lançar processadores de múltiplos núcleos, a nova arquitetura interna do processador também foi importante. Maior eficiência de execução de instruções por ciclo de CPU. Maior desempenho e menor consumo. A arquitetura Core consegue desempenho superior aos da microarquitetura Netburst (anterior) com o clock muito inferior.
  15. 15. EACH Arquitetura Core Derivada do Pentium III – Pentium M. Pipeline de 14 estágios. Cache de memória L2 é compartilhado. Pré-buscas são compartilhadas, se o controlador de cache carregar um bloco de dados para ser usado pelo primeiro núcleo, o segundo núcleo também pode usar o dado já carregado. Aprimoramento da unidade de pré-busca do processador (“Melhor Chute”).
  16. 16. EACH Arquitetura Core Quanto menor o número de instruções a serem executadas, mais rápido o computador realizará a execução da tarefa além de consumir menos. O decodificador de instruções do Pentium IV pode decodificar três instruções por pulso de clock, já o do Core 2 Duo (Arquitetura Core) 4.
  17. 17. EACH Arquitetura Core Novo conceito: Fusão de instruções load eax, [mem1] cmp eax, [mem2] jne target load eax, [mem1] cmp eax, [mem2] + jne target Graças ao conceito de fusão de instruções o decodificador de instruções da arquitetura Core consegue fundir 2 instruçoes enviar 5 por pulso de clock.
  18. 18. EACH Arquitetura Core E mais! Unidade de ponto flutuante (FPU) e uma unidade lógica e aritmética (ALU) extras. Caminho de dados real de 128 bits. Desambiguação de memória. Chaveamento Elétrico Avançado. Etc.
  19. 19. EACHQuad Core
  20. 20. EACH Quad Core- É uma das versões de processadores da Intel mais recente apresentada com núcleos Kentsfield(65nm) e Yorkfield(45nm).- O clock pode alcançar até 3.33Ghz. Em overclocking, com cooler de ar, até 4.0Ghz, e na água até 5Ghz.- Exemplos: Core 2 Quad, Core 2 Extreme: quad-core, Quad-Core Xeon.
  21. 21. EACH Quad Core- Multi-Chip: Duas pastilhas de silício (1 núcleo em cada)encapsuladas junto: Comunicação externa .- Monolítica: Uma pastilha de silício integra 2 núcleosencapsulados: Comunicação interna.- Monolítica Multi-Chip: Duas pastilhas de silício (2 núcleosem cada) encapsuladas: Comunicação interna e externa.
  22. 22. EACHQuad Core
  23. 23. EACHQuad Core – Jogos
  24. 24. EACHQuad Core – Jogos
  25. 25. EACHQuad Core - Exemplos
  26. 26. EACHAquecimento: Netburst X Core Pentium D Pentium Extreme Edition
  27. 27. EACHAquecimento: Netburst X Core Core 2 Duo Core 2 Extreme Core 2 Quad
  28. 28. EACHArquitetura Core – Processadores Dual/Quad/Six Core Xeon
  29. 29. EACHArquitetura Core – Núcleos
  30. 30. EACH AMD: Athlon 64 X2• Primeiro processador com dois núcleos da AMD.• Deriva do Athlon 64.
  31. 31. EACHAMD: Athlon 64 X2
  32. 32. EACHAMD: Athlon 64 X2
  33. 33. EACH AMD: Phenom X3/X4• Três ou Quatro núcleos independentes.• Os núcleos se comunicam internamente dentro da pastilha.• Controlador de memória integrado.• Tecnologia HT.
  34. 34. EACHAMD: Phenom X3/X4
  35. 35. EACH Considerações Finais Por 10 anos os aumentos de desempenho vieram à custa do uso cada vez mais ineficiente do uso de energia. A partir de 2001, a taxa de crescimento de desempenho pareceu ter reduzido. Se essa diminuição será ou não temporária ainda é uma questão obscura. Arquitetos estão usando técnicas cada vez mais complexas para tentar explorar mais paralelismo a nível de instrução. J L Hennessy e D A Patterson
  36. 36. EACH Considerações Finais Com essa estratégia em mente, os fabricantes de processadores tem o desafio de continuar entregando a melhor relação desempenho/Watts. A Intel propõem melhorar sempre, em um ano a microarquitetura, no ano seguinte a miniaturização, e assim por diante.
  37. 37. EACHConsiderações Finais Fonte: http://blogs.intel.com
  38. 38. EACH Considerações Finais 2007 a Intel lança os primeiros processadores para servidores fabricados com a tecnologia de 45nm. 2008 foi o ano do Nehalem, que foi o nome código da nova microarquitetura, que permitirá um outro passo importante, para manter viva a Lei de Moore.
  39. 39. EACH Considerações Finais Processadores Futuros (Roadmaps)Arquitetura Processador Clock Núcleos Processo Cache TDP Previsão Intel Nehalem Core i7 2,6 - 3,2 Ghz 4 por padrão 45nm 1 a 8mb 130W – 150W Novembro-08 Westmere - - 6 por padrão 32nm 1 a 12mb - 2009/2010Sandy Bridge - - 4–8 32nm 8 a 24mb - 2010/2011 Haswell - - 8 por padrão 22nm - - 2012 AMDBarcelona Opteron - 4 65nm 2mb - 2008Shanguai Opteron/Phenom - 4 45nm 6mb - 2008/2009Istambu Phenom - 6 45nm 6mb - 2009Magny-Cours - - 12 45nm 12mb - 2010São Paulo - - 6 45nm 6mb - 2010
  40. 40. EACH Bibliografia J L Hennessy e D A Patterson HENSON Valerie - The Kernel Hackers Bookshelf: Ultimate Physical Limits of Computation INTEL - http://www.intel.com/portugues/ products/ processor/index.htm BLOGS INTEL - http://blogs.intel.com FAPESP - http://www.agencia.fapesp.br NATIONAL INSTRUMENTS - http://digital.ni.com/worldwide/brazil
  41. 41. EACH Bibliografia CLUBE DO HARDWARE - http://www.clubedohardware.com.br/ PC FÓRUM - http://www.pcforum.com.br/ FÓRUM PC - http://forumpcs.ig.com.br/home Vasconcelos, Laércio – Introdução aos processadores dual core e quad core

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