HYPERTHREADING TECHNOLOGY IN THE NETBURST MICROARCHITECTURE. Arquitectura de computadores Leyre Aldama Pérez

HYPERTHREADING TECHNOLOGY IN THE NETBURST MICROARCHITECTURE Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez ÍNDICE 1. Introducción 2.

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HYPERTHREADING TECHNOLOGY IN THE NETBURST MICROARCHITECTURE

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

ÍNDICE 1. Introducción

2. Descripción de necesidades para la implementación de la tecnología: 2.1- Cómo trabaja la tecnología 2.2- Estructuras adicionales 2.3- Área de dado 3. Cambios fundamentales 4. Elección de la política de ‘intercambio’ o ‘compartición’. 4.2.1- Recursos ‘Particionados’, ‘Repartidos’ (Partitioned resources) 4.2.2- ‘Reparto’ umbral (threshold sharing) 4.2.3- ‘Reparto’ completo (full sharing) 5. Mejoras en el rendimiento. Ejemplos. [Lo que se muestra es referente a la primera familia de procesadores Xeon y Pentium 4]

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

1 Introducción a la tecnología del hyperthreading

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Introducción a la arquitectura

Concepto de Tecnología de Hyperthreading: Multithreading simultáneos en la arquitectura de Intel

Procesador

Procesador

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Procesador

Introducción a la arquitectura

¿Qué ventajas tiene el Hyperthreading?

Utilizando más eficientemente los recursos de procesadores ya existentes, la tecnología de Hyperthreading mejora el rendimiento con un bajo coste e incrementando el tamaño del chip en menos de un 5%

Nueva dirección en el desarrollo de la microarquitectura

Importantes cambios en cuanto a la relación coste-beneficios

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

2 Descripción de necesidades para la implementación de la tecnología: 2.1- Cómo trabaja la tecnología 2.2- Estructuras adicionales 2.3- Área de dado

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Descripción de necesidades para la implementación de la tecnología. Cómo trabaja

Cómo trabaja la tecnología

El diseño del procesador se centra en 4 objetivos: 1. Aumento de la frecuencia de reloj 2. Paralelismo a nivel de instrucción 3. Jerarquía (niveles) de Cache 4. Paralelismo a nivel de ‘hilo’ (thread)

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Descripción de necesidades para la implementación de la tecnología. Cómo trabaja

1.Aumento de la frecuencia de reloj PIPELINE

t

Aumento t

SUPERPIPELINE Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Descripción de necesidades para la implementación de la tecnología. Cómo trabaja

2. Paralelismo a nivel de instrucción

EXE

Ejecución

E

de r o n

Fu era

U.E Multi-Paralela

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

de

n

ord e

n

Descripción de necesidades para la implementación de la tecnología. Cómo trabaja

3. Niveles de Cache Procesador Cache nivel1

Cache nivel2

Cache nivel3

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Fin: Minimizar los ciclos de espera de datos

Cache nivel4

Descripción de necesidades para la implementación de la tecnología. Cómo trabaja

4. Paralelismo a nivel de hilo - Chip multiprocessing (CMP)

- Time-slice multithreading. A

A

B

B

C

C



D



D

t

Q

- Switch-on-event

- Simultaneus multithreading

A

A

B

B

C

… t

D

t

Q Switch Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

C D



t

Descripción de necesidades para la implementación de la tecnología. Estructuras adicionales

Estructuras adicionales SW o Arquitectura Architectural state

SO y Programas Lanzamiento Instrucciones

Execution resources

Ejecución

μ-Arquitectura Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Execution resources

Descripción de necesidades para la implementación de la tecnología. Área de dado

Área de dado

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3 Cambios fundamentales

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Cambios fundamentales

Teconología Hyperthreadinsg frente a diseño singlethreaded fuera de orden 1º-

3º-

Necesitaban nuevos algoritmos para que ambos procesadores lógicos pudieran compartir la lógica y revisar otros para que establezcan la prioridad de las μ-operaciones para cada procesador lógico.

Derivado del 2º, tenemos un amplísimo espacio de verificación.

2ºGran aumento de la compleji dad.

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4 Elección de la política de ‘intercambio’ o ‘compartición’ - Recursos ‘Particionados’, ‘Repartidos’ (Partitioned resources) - ‘Reparto’ umbral (threshold sharing) - ‘Reparto’ completo (full sharing)

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Elección de la política de ‘intercambio’ o ‘compartición’.

DEFINICIONES - Particiones. Los mismos recursos a cada uno de ellos.(Partition) - Umbral. Recursos flexibles hasta una cota máxima. (Threshold) - Completamente compartido. Recursos flexibles sin cota máxima de uso. (full sharing)

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Elección de la política de ‘intercambio’ o ‘compartición’.

1. Particiones Completamente Compartida

1 1 0 1 0

Ciclo 0

2 1

2

2 2 1 0 2 1 0

1 2 1 0

2 2 1 0

3 2 1 0

0

1

1 0

2 1 0

3

1 0

1 0

2 1 0

4 3

1 0

1 2 1 0

3 2 1 0

2 1

3 2 1 0

3 2 1 0

1

Ciclo 0

1 2 1 0

1 0

Particiones 10 1 0

0 1 0

3

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BLOQUEADA! Ciclo 4

2

3 4 1 0

No bloqueada, puede seguir su curso normal Ciclo 4

Elección de la política de ‘intercambio’ o ‘compartición’. Threshold

Una ‘instantánea’ durante un proceso de intercambio de carga

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Elección de la política de ‘intercambio’ o ‘compartición’. Full Shared

Programas de prueba sobre full shared, normalizados a ‘parciones’

Arquitectura de computadores. 2006-2007. Leyre Aldama Pérez

Elección de la política de ‘intercambio’ o ‘compartición’.

Una ejecución del pipeline de la μ-Arquitectura Netburst

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5 Mejoras

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Mejoras en el rendimiento. Ejemplo.

¿Por qué Hyperthreading mejora el rendimiento total? 1ª- Acelera las aplicaciones que ya ‘poseían’ multithreading.

2ª- Acelera el ‘trabajo’ de las ‘multiaplicaciones’ que viene dadas por multi-tareas

Ejemplo

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Ejemplo

Biliografía

http://computer.org/publications/dlib http://www.intel.com/support/sp/processors/pentium4/sb/CS-007991.htm http://www.dacya.ucm.es/hidalgo/docencia.htm

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