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Intel Single Chip Cloud Computer
                      48 cores (x86)




TILERA TILE-Gx100
   100 cores (MIPS)
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            DRAM Controller   DRAM Controller




                                                        Local
                                                       Memory
                                                Core
                                                        INCC


                                                                R

                                                       Node




            DRAM Controller   DRAM Controller
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                                                    Core

                                            store             stall

                                               Store Buffer
                 : data
                 : control                 store              stall

                                            Violation Detector
                   load                Head Address        0x1000
                                                                       load
                                        Tail Address       0x2000      (DMA Status)

                                          DMA Req           Yes
                             store
                                            store      DMA status
                               read
            Local Memory                     DMA Controller
            (Scratchpad)                               PUT to (3,2)
                               write    DMA reg

                                                    DMA Transfer
                                                                      Rout
                                                                       er
                                                    On Chip Network
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                                          Performance (# cores = 16)                                                                        Performance (# cores = 64)
                             100.00%                                                                                         100.00%
Normalized Execution Cycle




                                                                                                Normalized Execution Cycle
                             95.00%                                                                                          95.00%


                             90.00%                                                                                          90.00%


                             85.00%                                                                                          85.00%


                             80.00%                                                                                          80.00%
                                                                            Matrix                                                                                         Matrix
                                                                                      Bitonic                                                                                        Bitonic
                                         Pipeline   Stencil   All to All   Multiply                                                     Pipeline   Stencil   All to All   Multiply
                                                                                       Sort                                                                                           Sort
                                                                           Cannon                                                                                         Cannon
                              #buf=8     96.27%     99.85%    97.86%       97.25%     99.98%                                  #buf=8    96.83%     99.83%    91.91%       92.80%     99.90%
                              #buf=16    92.64%     99.85%    94.86%       97.21%     99.98%                                  #buf=16   94.20%     99.83%    89.27%       92.80%     99.82%
                              #buf=32    89.50%     99.85%    92.26%       97.19%     99.98%                                  #buf=32   91.90%     99.83%    81.51%       92.80%     99.87%
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                                 Core Stall Rate (# cores = 16)                                                           Core Stall Rate (# cores = 64)
                        30.00%                                                                                   30.00%

                        25.00%                                                                                   25.00%

                        20.00%                                                                                   20.00%
Stall Rate




                                                                                         Stall Rate
                        15.00%                                                                                   15.00%

                        10.00%                                                                                   10.00%

                        5.00%                                                                                    5.00%

                        0.00%                                                                                    0.00%
                                                                     Matrix                                                                                   Matrix
                                                                               Bitonic                                                                                  Bitonic
                                  Pipeline   Stencil   All to All   Multiply                                               Pipeline   Stencil   All to All   Multiply
                                                                                Sort                                                                                     Sort
                                                                    Cannon                                                                                   Cannon
             Blocking             10.22%     0.22%     21.39%       1.32%      3.76%                  Blocking              7.43%     0.31%     26.57%       2.33%      8.05%
             Proposal: #buf=8     0.71%      0.00%     19.33%       0.68%      1.74%                  Proposal: #buf=8      0.16%     0.00%     19.42%       1.64%      4.46%
             Proposal: #buf=16    0.55%      0.00%     18.02%       0.66%      1.73%                  Proposal: #buf=16     0.17%     0.00%     16.37%       1.63%      4.38%
             Proposal: #buf=32    0.00%      0.00%     16.70%       0.62%      1.73%                  Proposal: #buf=32     0.00%     0.00%      9.88%       1.65%      4.36%
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                                           Aggressive Store Rate (# cores = 16)                                                                     Aggressive Store Rate (# cores = 64)
                                          1.400%                                                                                                 3.500%
Rate of Store into Store Buffer




                                                                                                       Rate of Store into Store Buffer
                                          1.200%                                                                                                 3.000%
                                          1.000%
                                                                                                                                                 2.500%
                                          0.800%
                                                                                                                                                 2.000%
                                          0.600%
                                          0.400%                                                                                                 1.500%

                                          0.200%                                                                                                 1.000%
                                          0.000%                                                                                                 0.500%
                                                                                   Matrix
                                                                                   Multipl
                                                     Pipelin              All to             Bitonic                                             0.000%
                                                               Stencil               y                                                                                                          Matrix
                                                        e                  All                Sort                                                                                                        Bitonic
                                                                                   Canno                                                                     Pipeline   Stencil   All to All   Multiply
                                                                                     n                                                                                                                     Sort
                                                                                                                                                                                               Cannon
                                  Proposal: #buf=8   0.456%    0.013%    0.311%    0.135%    0.003%                                      Proposal: #buf=8    0.330%     0.000%    1.147%       0.046%     0.014%
                                  Proposal: #buf=16 0.691%     0.013%    0.517%    0.131%    0.003%                                      Proposal: #buf=16   0.486%     0.000%    1.852%       0.045%     0.015%
                                  Proposal: #buf=32 1.194%     0.013%    0.932%    0.111%    0.003%                                      Proposal: #buf=32   0.843%     0.000%    3.092%       0.044%     0.017%
n 
                                             l 

                                                      • 
                                             l 

                                        Aggressive Store Rate (for Data) (# cores = 16)                                                                 Aggressive Store Rate (for Data) # cores = 64
                                           1.000%                                                                                                       3.500%
Rate of Store into Store Buffer




                                                                                                             Rate of Store into Store Buffer
                                                                                                                                                        3.000%
                                           0.800%
                                                                                                                                                        2.500%
                                           0.600%                                                                                                       2.000%

                                           0.400%                                                                                                       1.500%

                                                                                                                                                        1.000%
                                           0.200%
                                                                                                                                                        0.500%

                                           0.000%                                                                                                       0.000%
                                                                                         Matrix                                                                                                       Matrix
                                                                                                   Bitonic                                                                                                      Bitonic
                                                      Pipeline   Stencil   All to All   Multiply                                                                   Pipeline   Stencil   All to All   Multiply
                                                                                                    Sort                                                                                                         Sort
                                                                                        Cannon                                                                                                       Cannon
                                  Proposal: #buf=8    0.000%     0.000%    0.311%       0.000%     0.000%                                      Proposal: #buf=8    0.000%     0.000%    1.147%       0.000%     0.000%
                                  Proposal: #buf=16   0.217%     0.000%    0.517%       0.000%     0.000%                                      Proposal: #buf=16   0.147%     0.000%    1.852%       0.000%     0.001%
                                  Proposal: #buf=32   0.703%     0.000%    0.932%       0.000%     0.000%                                      Proposal: #buf=32   0.495%     0.000%    3.092%       0.000%     0.002%
n 

      l 

      l 
            • 



n 
      l 
      l 
n 
      l 
n 
      l 
n 
      l 
n 
      l 
n 
      l 
      l 

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DMAベースメニーコアにおける通信オーバーヘッド削減手法 @SWoPP2011 ARC-196

  • 1.
  • 2. n  l  l  •  n  l  l 
  • 4. Intel Single Chip Cloud Computer 48 cores (x86) TILERA TILE-Gx100 100 cores (MIPS)
  • 5. n  l  l 
  • 6. n  l  l  DRAM Controller DRAM Controller Local Memory Core INCC R Node DRAM Controller DRAM Controller
  • 7. n  l  l  n  l  •  •  l  •  •  • 
  • 8. n  l  •  l  •  –  •  – 
  • 9. n  l  l  l  l  l  • 
  • 10. n  n  l  n  l  • 
  • 11. n  l  l  Core store stall Store Buffer : data : control store stall Violation Detector load Head Address 0x1000 load Tail Address 0x2000 (DMA Status) DMA Req Yes store store DMA status read Local Memory DMA Controller (Scratchpad) PUT to (3,2) write DMA reg DMA Transfer Rout er On Chip Network
  • 12. n  l  l  •  –  –  •  –  – 
  • 13. n  l  l  l  l  n  l  l  •  n  l  l  l  n 
  • 14. n  l  •  n  l  •  n  l  •  n  l  n  l 
  • 15. n  n  l  l  Performance (# cores = 16) Performance (# cores = 64) 100.00% 100.00% Normalized Execution Cycle Normalized Execution Cycle 95.00% 95.00% 90.00% 90.00% 85.00% 85.00% 80.00% 80.00% Matrix Matrix Bitonic Bitonic Pipeline Stencil All to All Multiply Pipeline Stencil All to All Multiply Sort Sort Cannon Cannon #buf=8 96.27% 99.85% 97.86% 97.25% 99.98% #buf=8 96.83% 99.83% 91.91% 92.80% 99.90% #buf=16 92.64% 99.85% 94.86% 97.21% 99.98% #buf=16 94.20% 99.83% 89.27% 92.80% 99.82% #buf=32 89.50% 99.85% 92.26% 97.19% 99.98% #buf=32 91.90% 99.83% 81.51% 92.80% 99.87%
  • 16. n  l  l  Core Stall Rate (# cores = 16) Core Stall Rate (# cores = 64) 30.00% 30.00% 25.00% 25.00% 20.00% 20.00% Stall Rate Stall Rate 15.00% 15.00% 10.00% 10.00% 5.00% 5.00% 0.00% 0.00% Matrix Matrix Bitonic Bitonic Pipeline Stencil All to All Multiply Pipeline Stencil All to All Multiply Sort Sort Cannon Cannon Blocking 10.22% 0.22% 21.39% 1.32% 3.76% Blocking 7.43% 0.31% 26.57% 2.33% 8.05% Proposal: #buf=8 0.71% 0.00% 19.33% 0.68% 1.74% Proposal: #buf=8 0.16% 0.00% 19.42% 1.64% 4.46% Proposal: #buf=16 0.55% 0.00% 18.02% 0.66% 1.73% Proposal: #buf=16 0.17% 0.00% 16.37% 1.63% 4.38% Proposal: #buf=32 0.00% 0.00% 16.70% 0.62% 1.73% Proposal: #buf=32 0.00% 0.00% 9.88% 1.65% 4.36%
  • 17. n  l  l  l  Aggressive Store Rate (# cores = 16) Aggressive Store Rate (# cores = 64) 1.400% 3.500% Rate of Store into Store Buffer Rate of Store into Store Buffer 1.200% 3.000% 1.000% 2.500% 0.800% 2.000% 0.600% 0.400% 1.500% 0.200% 1.000% 0.000% 0.500% Matrix Multipl Pipelin All to Bitonic 0.000% Stencil y Matrix e All Sort Bitonic Canno Pipeline Stencil All to All Multiply n Sort Cannon Proposal: #buf=8 0.456% 0.013% 0.311% 0.135% 0.003% Proposal: #buf=8 0.330% 0.000% 1.147% 0.046% 0.014% Proposal: #buf=16 0.691% 0.013% 0.517% 0.131% 0.003% Proposal: #buf=16 0.486% 0.000% 1.852% 0.045% 0.015% Proposal: #buf=32 1.194% 0.013% 0.932% 0.111% 0.003% Proposal: #buf=32 0.843% 0.000% 3.092% 0.044% 0.017%
  • 18. n  l  •  l  Aggressive Store Rate (for Data) (# cores = 16) Aggressive Store Rate (for Data) # cores = 64 1.000% 3.500% Rate of Store into Store Buffer Rate of Store into Store Buffer 3.000% 0.800% 2.500% 0.600% 2.000% 0.400% 1.500% 1.000% 0.200% 0.500% 0.000% 0.000% Matrix Matrix Bitonic Bitonic Pipeline Stencil All to All Multiply Pipeline Stencil All to All Multiply Sort Sort Cannon Cannon Proposal: #buf=8 0.000% 0.000% 0.311% 0.000% 0.000% Proposal: #buf=8 0.000% 0.000% 1.147% 0.000% 0.000% Proposal: #buf=16 0.217% 0.000% 0.517% 0.000% 0.000% Proposal: #buf=16 0.147% 0.000% 1.852% 0.000% 0.001% Proposal: #buf=32 0.703% 0.000% 0.932% 0.000% 0.000% Proposal: #buf=32 0.495% 0.000% 3.092% 0.000% 0.002%
  • 19. n  l  l  •  n  l  l 
  • 20. n  l  n  l  n  l  n  l  n  l  l