Паралельноє програмирование (стр. 2 из 10)
Рис1.1 Продуктивність серверних процесорів на тестах SPECcpu2000| (пікове/базове значення)
1.2AMD Opteron/Athlon64
«Opteron» (укр. Оптерон; кодова назва під час розробки Sledgehammer або K8) — перший мікропроцесор фірми AMD, заснований на 64-бітовій технології AMD64 (також званою x86-64). AMD створила цей процесор в основному для застосування на ринку серверів, тому існують варіанти Opteron для використання в системах з 1—16 процесорами.
Загальну|спільну| архітектуру серверів на базі Opteron| [1] в AMD| називають «архітектурою з|із| прямим з'єднанням|сполукою|», оскільки процесори «безпосередньо|напряму|» сполучені|з'єднані| з|із| оперативною пам'яттю за допомогою вбудованого контроллера пам'яті. В даний час|нині| Opteron| підтримує пам'ять DDR400|, що забезпечує пропускну спроможність 6,4 Гбайт/с на процесор. Із|із| зростанням|зростом| числа процесорів пропускна спроможність пам'яті зростає|росте| лінійно.
У двоядерному процесорі Athlon64| пропускна спроможність пам'яті з розрахунку на|розраховуючи на| ядро стає удвічі|вдвічі| менше|. У двоядерних Opteron| вона ділиться лише|тільки| між двома ядрами кожного процесора.
Крім того, Opteron і Athlon64 використовуть для підтримки когерентності кеша досконаліший|довершений| протокол MOESI|, що дає переваги в масштабуванні при роботі з|із| пам'яттю. Пов'язаний з роботою протоколу MOESI| трафік в двоядерних процесорах Athlon64| не зачіпає комутатор, що не блокується, а використовує SRQ|, чергу системних запитів, що відповідає за управління ядрами і визначення їх пріоритету, і контроллер пам'яті. При цьому також зменшуються затримки, оскільки не додаються|добавляють| затримки на комутаторі.
Для багатопроцесорних серверів перевага|вищість| двоядерних процесорів Opteron| представляється важливішою|поважною|: частина|частка| трафіку, що викликається|спричиняє| підтримкою когерентності кеша, доводиться|припадає| на SRQ| і контроллері пам'яті, і не дає навантаження на комутатор. Крім того, використання високошвидкісного інтерфейсу HyperTransport| в Opteron і Athlon64 передбачає|припускає| як з'єднання|сполуку| процесорів через HyperTransport| з|із| підтримкою когерентності кеша в багатопроцесорних серверах, так і пряме — без північного і південного мостів — під'єднування через HyperTransport| мостів шин PCI-X/PCI-Express, що також підвищує продуктивність. Сумарна пропускна спроможність вводу/виводу для 8-процесорних систем на базі Opteron| 8xx| досягає 30,4 Гбайт/с, для двопроцесорних систем на базі Opteron| 2xx| — 22,4 Гбайт/с. З точки зору|з погляду| архітектури пам'яті побудова|шикування| серверів з|із| Opteron| відповідає архітектурі ccNUMA|, хоч доки|поки| і з|із| невеликим, до 8, числом процесорів.
Інші переваги Opteron|, наприклад, низькі величини затримок при роботі з|із| ієрархією пам'яті. Так, затримка Opteron| при вибірці з|із| кеша даних першого рівня дорівнює трьом тактам, і є|наявний| два порти читання, що дають можливість|спроможність| двох одночасних операцій. У Xeon| DP| ця затримка дорівнює 4 тактам, а порт читання лише|тільки| один.
1.3 AMD Phenom
AMD Phenom (скорочено від слова phenomenon (феномен, незвичне явище) - багатоядерний центральний процесор від компанії AMD. Створений для персональних комп'ютерів. Має: два, три або чотири ядра. Базується на архітектурі К10. Триядерні версії (кодова назва Toliman) Phenom відносяться до серії 8000 і чотирьохядерні (кодова назва Agena) до AMD Phenom X4 9000.
AMD вважають, що чотирьохядерні Phenom-и були першими «істинними» чотирьохядерними процесорами, тому що саме вони, по суті, являються монолітним багатоядерним чіпом (всі ядра розташовані на тій же підложці кремнію), на відміну від серії процесорівIntel Core 2 Quad, які за дизайном являються мультикристально-модульними процесорами. Процесори розроблені для платформи Socket AM2+.[2]
Ці процесори покоління AMD| K10|, на жаль, не здобули популярності серед користувачів із-за проблем, що мали місце при їх появі.Перед офіційним випуском Phenom, була виявлена помилка в буфер асоціативної трансляції (TLB), яка могла спричинити блокування системи в різних випадках. Процесори Phenom аж до степінгу «B2» і «BA» схильні до цієї помилки. Якщо в BIOS і в програмному забезпеченні відключч\ити TLB, то це, як правило, призводить до втрати швидкодії порядку 10%. Процесори Phenom степінгу «В3» (моделі з номерами «xx50») були представлені 27 березня 2008 року, і були позбавлені помилки TLB
З технічної точки зору архітектура процесорів AMD| Phenom| X4/X3 (кодове ім'я Agena/Toliman) стала логічним продовженням ідей, закладених в дуже успішні Athlon| 64 і Athlon| 64 X2|.
Серед ключових|джерельних| особливостей виділимо наступні|такі| пункти.
Шина HyperTransport| була розроблена для Athlon| 64 і благополучно перекочувала до нового покоління - HyperTransport| 3.0. Вона використовується для обміну даними процесора зі|із| всією останньою периферією. Для Phenom| X3| її частота складає 1800 Мгц (для порівняння: у попередньому поколінні це значення було 1000 Мгц, а максимальна для топовых| моделей Phenom| X4| – 2000 Мгц). Хоча це поліпшення|покращання| має сенс лише|тільки| для серверних версій процесорів, призначених для багатопроцесорних конфігурацій. Настільним комп'ютерам з лишком вистачає частоти HT| в 1 ГГц.
Вбудований | контроллер пам'яті, по суті, кардинальним чином не змінився, оскільки|тому що| повністю|цілком| виправдовує себе. За швидкістю доступу до оперативної пам'яті процесори AMD| випереджали Intel| Pentium4| і навіть Core| 2 Duo|. Інженери компанії лише допрацювали|доопрацьовували| контроллер, зменшили затримки звернення до модулів ОЗУ, додали|добавляли| новий режим роботи – Unganged| (так званий "розпарений" режим), який, на відміну від звичайного|звичного| режиму Ganged| ("спареного"), має два як би незалежних 64-бітових каналу пам'яті. Тоді як класична двухканальність| – це один канал, але|та| подвоєної ширини - 128 біт. Підтримується пам'ять з|із| швидкістю аж до DDR2-1066|. Додана|добавляти| також підтримка пам'яті DDR3|, правда, вона не задіяна до цих пір, і практичну реалізацію знайде лише|тільки| в нових процесорах - Phenom| II.
Внутрішня кеш-пам'ять L1| і L2| за логікою роботи залишилася колишньою: вона ексклюзивна, тобто дані з|із| L1| не дублюються в L2|, і їх об'єм|обсяг| можна підсумовувати. Розміри цих кешів складають 128 і 512 KB| відповідно, як і у більшості процесорів попереднього покоління. З|із| удосконалень відзначимо розширення шини обміну ядра процесора з|із| обома|обидва| кешами з 64 до 128 біт.
Проте|однак| найзначнішим нововведенням слід вважати|лічити| появу внутрішньої кеш-пам'яті L3| розміром 2 MB|, також ексклюзивною, що є|з'являється|, по відношенню до L1| і L2|. Ця кеш-пам'ять загальна|спільна| для всіх трьох ядер Phenom| X3| (або чотири – для Phenom| X4|), а L1| і L2| є|наявний| в кожному окремому ядрі. Таким чином, сумарний об'єм|обсяг| кеша другого і третього рівнів для всіх процесорів Phenom| X4| складає 4 MB| і 3.5 MB| – для AMD| Phenom| X3|.
Виконавчі блоки ядра процесора для роботи з|із| дійсними числами залишилися в тій же кількості, що і в|у| Athlon| 64, але|та| збільшили свою розрядність удвічі|вдвічі| – до 128 біт.
Набор інструкцій SSE4A| для швидкого виконання певних операцій, що використовуються для прискорення або кодування відео і інших завдань|задач|, тепер несумісний з|із| аналогічними інструкціями Intel|. Це може створити певні труднощі для програмістів і привести до появи неоптимізованого ПО для однієї з платформ (із зрозумілих причин їй швидше|скоріше| стане AMD|).
Інші оптимізації. Серед них можна виділити вдосконалену технологію енергозбереження Cool’n’Quiet| 2.0, що тепер управляє окремо і незалежно всіма ядрами процесора і шиною HyperTransport|, знижуючи частоту і напругу|напруження| живлення|харчування| кожного з названих|накликати| компонентів в разі|у разі| їх простою або навіть повністю|цілком| відключаючи незадіяні блоки ядра процесора. Сюди додамо|добавлятимемо| і покращувану|поліпшувати| технологію віртуалізації AMD| Virtualization| (AMD-V|).
Всі перераховані і деякі інші нововведення забезпечують, за словами представників AMD|, підвищення продуктивності кожного ядра Phenom| на 20 -25% в порівнянні з поколінням Athlon| 64 при рівних тактових частотах. Що ж, в цьому у нас ще буде можливість|спроможність| переконатися.
Основним і, мабуть, єдиною відмінністю|відзнакою| процесора Phenom| X3| від Phenom| X4| є кількість задіяних ядер. Блок-схеми цих двох процесорів представлені на
Рис. 1.2 і Рис. 1.3
Рис. 1.2AMD| Phenom| X4|
Рис. 1.3 AMD| Phenom| X3|
Як бачимо, обоє|обидва| процесора дуже схожі. Окрім|крім| загального|спільного| числа обчислювальних ядер (і, відповідно, внутрішніх L1-| і L2-кэшей|, оскільки|тому що| вони фізично і логічно є внутрішньою частиною|часткою| кожного обчислювального ядра), відмінностей|відзнак| немає. Адже об'єднання відразу чотирьох ядер на одному кристалі, на відміну від Intel| Core| 2 Quad|, об'єднуючих в одному процесорі два окремі двоядерні кристали, одночасно є і його недоліком|нестачею|. Кристал з|із| чотирма ядрами в рамках|у рамках| 65-нм| технології виявився занадто складним і великим. Поза сумнівом|безсумнівно|, вірогідність|ймовірність| виробничого браку|шлюбу| в одному з обчислювальних ядер при виготовленні такого кристала набагато вище, ніж у конкурента. Тим більше що AMD| все ж |все же таки|помітно відстає в технологічному плані від Intel|. Тому поява Phenom| X3| багато в чому обумовлена необхідністю якось використовувати кристали Phenom| X4| з|із| технологічним браком|шлюбом| в одному з обчислювальних ядер. Тобто|цебто| Phenom| X3| – це не що інше, як Phenom| X4| з|із| одним відключеним ядром.
Рис. 1.4 Структура процессораAMD| Phenom| X3
Поважно відмітити|помітити|, що при відключенні четвертого ядра об'єм|обсяг| кеш-пам'яті третього рівня L3| залишився таким же, як і в|у| Phenom| X4|, і складає 2 MB|. У деяких умовах ця особливість може навіть дати перевагу Phenom| X3| над його старшим "братом" при однакових тактових частотах. Допустимо, процесор працює з|із| додатком|застосуванням|, що ефективно використовує лише|тільки| три ядра. В цьому випадку одне ядро Phenom| X4| простоюватиме, тоді як всі ядра Phenom| X3| задіяні. Все б добре, але|та| на одне ядро Phenom| X4| доводиться|припадає| лише чверть|четвертина| 2 MB| кеш-пам'яті L3|, а Phenom| X3| – третина, тобто|цебто| трохи більше. Це і може трохи збільшити продуктивність останнього.