13. „Netburst”, disszipáció, egyéb korlátok

Question 1

Szálkotextus váltás

Answer 1

1 cpu, 2 szál » a szálakat váltogatni kell, megoldás » Time Sharing (P4-en a Task váltás akár 2-3 ezer órajelciklusnyi időbe is telhet, szóval költséges.)
Váltáskor a következők a teendők: (Ezek a költséges műveletek)
 A futó task megszakítása, állapota (kontextus) mentése
 A másik szál vagy folyamat kiválasztása, majd annak az állapotának a betöltése.
A modern OS-ek laptáblákat használnak a folyamatok állapotainak a tárolására&raquo_space; TLB buffer
(Translation lookaside buffer)

Question 2

Jellemzők: (Pentium 4 „Willamette” – 2000. november)

Answer 2

 1.7 GHz! Cél a gyorsításért a 10 GHz-es órajel elérése, ennek forrásai:
1. gyártási csíkszélesség csökkentése (kb. 0.7–szeresen)
o terület: 0.7 (mag szélessége)* 0.7(mag magassága) = 0.49 ← hasonló eredmény, mintha a tranziszorok számát duplázta volna
2. fútószalagfokozatok számának csökkentése
o 20 fokozatról indult, de a növelés során elérték az ajánlott határt, a 31-et.
o Hátrányok: több függőség, csökkenő fajlagos hatékonyság, nagyobb büntetés
hibás elágazás előrejelzés esetén

 CISC architektúra (belül RISC mag)
 1 - 17 bájtos utasítások (8 – 136 bit)
 8 db. látható regiszter (EAX, EBX, ECX, EDX, ESP, EBP, EDI, ESI)

Question 3

Újdonságok

Answer 3

1. ETC: Execution Trace Cache (Nyomkövető Gyorsítótár)
   o L1: 8 – 9 kB-os gyorsítótár, amely 12k utasítást használatát teszi lehetővé
   o a decoder által átalakított RISC utasításokat tárolja (régen: utasítás gyorsítótár)
2. Hyper Pipeline (hosszú futószalag, 20 – 31 fokozat)
   - dekódolás a futószalagon kívül » nagy sebesség, de hibás előrejelzések
   esetén nagy a büntetés
3. Enhanced Branch Prediction: kb. 94 – 97%-os hatékonyság (+ 33% a Pentium 3-hoz képest)
4. Quad Data Rate Bus: belső rendszerbuszhoz képest 4-szeres növekedés » gyorsabb adatelérés a memóriában
   o 2 db. órajel, 90 fokos eltolással
5. Rapid Execution Engine (2 db.) » egy ciklus alatt elvégezhező műveletekhez
   o egyszerű FX VE., de gyorsítva: kétszeres sebesség (felfutó és lefutó él is „aktív” !)
6. Replay System: megjósolja a végrehajtási időket (előbb indít el bizonyos utasításokat)
   o Replay Queue: ha elrontja, vissza az ütemezőhöz (nincs leállás)

Question 4

Kihívások

Answer 4

 Statikus disszipáció (3 GHz felett) » a tranzisztoroknál jelentkező szivárgásiáram
 Dinamukus disszipáció » „hőkatasztrófa” 3.8 - 4 GHz-nél, amikor az áram melegíti a
vezetéket » hűteni kell
 A futószalag fokozatok száma nem növelhető tovább

Question 5

Architektúra – Pentium 4

Answer 5

 32 bit, x86
 fejlesztés vége 2004, gyártás vége 2008
 Thermal Monitor: órajelmoduláció » ha a CPU hőmérséklete magas, akkor leveszi a
frekvenciát, vagy akár leállítja a magot » előnyösebb hőkezelést biztosít

 4 fő részből áll:
o memóri alarendszer (L1, L2, és az ezekhez szükséges logika)
o bemenet alrendszer
o sorrenden kívüliség vezérlése
o végrehajtás
- SSE 2.0 ← 144 db, új SIMD utasítás (3D)
- 8/16/32 bites Integer és 32/64 bites FP műveletek támogatása

Question 6

A Netburst fő korlátai

Answer 6

 hatékonysági (kimeríthető, vagy memóriasebesség álló párhuzamosság hiánya)
 disszipációs (a frekvencia nem növelhető a végtelenségig)
 párhuzamos buszok frekvenciakorlátja

Question 7

Végrehajtási modell

Answer 7

kép31

Question 8

Statikus disszipáció

Answer 8

a tranzisztorokon jelentkező szivárgási áram.
(exponenciálisan nő a frekvencia növelésével) » Ds = Is * V
 Is = szivárgási áram
 V = tápfeszültég

Question 9

Dinamikus disszipáció

Answer 9

a tranzisztorok működéséből adódó hőmennyiség.
(lineárisan nő a frekvencia növelésével) » Dd = A * C * V2 * fc
 A = aktív kapuk részaránya
 C = kapuk összesített kapacitása
 V = tápfeszültség
 fc = órafrekvencia

Question 10

Összegezve (disszipációk)

Answer 10

D = Ds + Dd

Question 11

A statikus és dinamikus disszipáció részaránya

Answer 11

 1995-ben 1:1000

 2005-ben 1:1

Question 12

Disszipáció kezelése

Answer 12

DVFS: (Dynamic Voltage and Frequency Scaling)
a) Meghatározzuk a szükséges teljesítményt
b) Hozzáillesztjük a frekvenciát a teljesítményhez
c) Beállítjuk az órafrekvencia fenntartásához szükséges minimális feszültséget.
A jel felfutási meredeksége többek között a feszültségtől is függ. Ez kiegészül az AVS-sel (Adaptive Voltage Scaling).

Question 13

Egyéb korlátok, nehézségek - Data Valid Window

Answer 13

 adott egy jelszint, amely szükséges, hogy bizonyos ideig állandó maradjon

 referencia feszültségszintek használata:
o TTL:0V=„0”|5V=„1”
o RUS:1V=„0”|4.3V=„1”
o LVDS (Low Voltage Differential Scaling):
- 1 V = „0” | 2 V = „1”
- 2 vezeték, egyszerre változnak (ezzel működnek: PCIE, QPI, DMI…)
kép32

Question 14

A buszok átviteli sebességét behatároló zavarok

Answer 14

-Skew-hatás: vezetékek között lévő időbeli eltolódás (eltérő vezetékhosszok esetében)
-Jelvisszaverődés (megoldás hullámimpedancia lezárással)
Jitter: a fázisbizonytalanság elmossa a felfutó és lefutó éleket. Okai:
a. áthallás: a szomszédos vezetékek által gerjesztett elektromágneses jelek zavarása
b. EMI: elektromágneses interferencia (külső, vagy belső forrású zavar)
Megoldás: soros buszok.