计算机系统结构发展.ppt

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1、计算机系统结构的发展计算机系统结构的发展1.发展的动因发展的动因2.多核体系结构进展多核体系结构进展3.多核体系结构关键问题多核体系结构关键问题半导体器件技术的进步（最活跃的动力）工艺尺寸缩小，集成度提高应用推动（根本推动力）科学计算，网络应用，人工智能，机器学习等体系结构中一些重要技术进步 RISC，VLIW，流水技术，多发射，超标量，多线程技术，乱序执行，分支预测，预取技术等对技术路线的挑战 频率墙，功耗墙，存储墙，应用墙 从提高单个处理单元处理速度到多核到众多核1.发展的动因发展的动因时 间原 因每年的性能增长19461946年起的年起的2525年年 两种因素都起着主要的作两种因素都起着

2、主要的作用用 25%25%2020世纪世纪7070年代年代末末8080年代初年代初 大规模集成电路和微处理大规模集成电路和微处理器出现器出现,以集成电路为代表以集成电路为代表的制造技术的发展的制造技术的发展 约约35%35%2020世纪世纪8080年代年代中开始中开始 RISCRISC结构的出现，系统结结构的出现，系统结构不断更新和变革，制造构不断更新和变革，制造技术不断发展技术不断发展50%50%以上以上维持了约维持了约1616年年 20022002年以来年以来 3 3个（见下页）个（见下页）约约20%20%推动计算机性能增长的关键两因素：器件技术和推动计算机性能增长的关键两因素：器件技术和

3、体系结构发展体系结构发展 功耗问题（已经很大）。功耗问题（已经很大）。可以进一步有效开发的指令级并行性已经很少。可以进一步有效开发的指令级并行性已经很少。存储器访问速度的提高缓慢。存储器访问速度的提高缓慢。从单纯依靠指令级并行转向开发线程级并行和数据级并行。体系结构的重大转折：体系结构的重大转折：从单核到多核，由美国斯坦福大学首先提出。其思想是将大规模并行处理器中的对称多处理器集成到同一芯片内，各个处理器并行执行不同的任务，通过挖掘程序的线程级并行性克服指令级并行性难以进一步开发的问题。“双核”概念，主要是指基于X86开放架构的双核技术。2.多核体系结构进展多核体系结构进展 Intel Mon

4、tecito（2006）双核Itanium，IA-64架构，基于EPIC显式并行指令计算（Explicitly Parallel Instruction Computing）架构，多层Cache，提高访问命中率，超标量，多线程 Intel Tukwila（2010）四核Itanium，IA-64架构 Intel 至强 7500系列（2010）8核，16个线程，可扩展更多核，x86架构 AMD 皓龙6000（2010）12核，x86架构2.多核体系结构进展（续）多核体系结构进展（续）IBM Power4（2001）双核，Unix架构，超标量8，乱序执行，复杂的Cache层次IBM Power7（

5、2010）8核，32线程，每核4线程2.多核体系结构进展（续）多核体系结构进展（续）Intel Core2 Duo（2006）酷睿2双核，高能低耗，前端总线，二级缓存 服务器版，桌面版，移动版 奔腾双核E系列，中低端用户，酷睿架构 酷睿i系列博锐处理器（i3,i5,i7），智能商务，超线程处理 2.多核体系结构进展（续）多核体系结构进展（续）存储墙问题 处理器和存储器速度增长差距片上互联网络，通信机制 带宽延迟，连接复杂度，适应片上系统应用的通信协议并行性问题 程序设计模型对并行性的支持功耗问题可靠性设计，测试和验证高性能Cache技术 （程序访问局部性原理，数据复用，提高命中率，一致性问题等）任务调度，负载均衡，任务迁移等3.多核体系结构关键问题多核体系结构关键问题