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ARQUITETURA DE COMPUTADORES DEPT. DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO - UFMG Aula 02: Tendências Tecnológicas e Custos.

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1 ARQUITETURA DE COMPUTADORES DEPT. DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO - UFMG Aula 02: Tendências Tecnológicas e Custos

2 Cadeia Alimentar em 1985 PCWork- station Mini- computador Mainframe Mini- supercomputador Supercomputador

3 Cadeia Alimentar em 1995 PCWork- station Mainframe Supercomputador Mini- supercomputador Massively Parallel Processors Mini- computador Quem come quem?

4 Cadeia Alimentar em 2002 Servidoras Mainframe PC Work- station Embutido e Móvel

5 Por que tal mudança nos últimos anos? Função Aumento da interconectividade entre as máquinas (diversos pequenos fazem o mesmo trabalho que um grande) Desempenho Avanços tecnológicos CMOS VLSI domina TTL e ECL em custo e performance Avanços em arquitetura nos micros de pequeno porte seguiram mais de perto avanços na tecnologia de circuitos integrados RISC, superescalar, RAID, …

6 Por que tal mudança em 10 anos? Preço: Desenvolvimentos mais simples CMOS VLSI: sistemas menores, menos componentes Altos volumes CMOS VLSI : mesmo custo de 10,000 unidades e 100,000 unidades Margens de lucros menores Mobilidade

7 Tecnologias Usadas em 1985 PCWork- station Mini- computador Mainframe Mini- supercomputador Supercomputador ECLTTL MOS

8 Projeções Tecnológicas: Capacidade de Processadores “Janela de variação”

9 Arquitetura de Computadores Determinar quais atributos são importantes para o projeto de uma nova máquina a fim de maximizar performance e minimizar o custo Como minimizar custo? Como maximizar performance?

10 Variáveis Usadas no Projeto de uma Nova Máquina Projeto do conjunto de instruções Organização funcional Projeto lógico Implementação Projeto do circuito integrado Encapsulamento Potência Resfriamento Tudo isso é arquitetura de computadores!!!

11 Tendências para Projeto de Microprocessadores Quando alguém projeta um processador (ou uma nova máquina), ele só vai ser lançado daqui a 2 anos Precisamos considerar o que estará disponível daqui a dois anos E se eu não for projetar máquinas? Você vai escrever software? Também precisa considerar parâmetros válidos para análise do que você vai estar entregando daqui a dois anos Na verdade, este curso se resume a uma palavra: Planejamento

12 Memória Utilizada por Programas Consumo de endereços: Memória média para executar um programa tende a crescer 1.5 a 2 vezes por ano, ou seja, de 1/2 a 1 bit de endereçamento por ano Uso de linguagens de alto nível Importância maior de compiladores e técnicas mais agressivas para a compilação de código

13 Circuitos Integrados Densidade cresce 35 % ao ano, quadruplicando em 4 anos Tamanho do die cresce % ao ano Efeito combinado: crescimento de 55 % ao ano no número de transistores Mas não conseguimos manter a mesma percentagem dos transistores funcionando em um dado instante

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16 DRAMs A densidade de DRAMs cresce em torno de % ao ano, quadruplicando em 3-4 anos Tempo de ciclo melhora lentamente: diminuiu 35% em 10 anos Por que nos últimos 10 anos o efeito da velocidade das DRAMs passou a ser importante? (386 vs. 486) Bandwidth tem aumento 2x mais que tempo de ciclo d$/dt para memórias decresce 40% ao ano devido a aumento de produção e maturidade do processo de fabricação

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18 Discos Magnéticos A densidade de armazenamento de discos magnéticos cresce em torno de 100% ao ano (antes de 1990, a densidade crescia 30% ao ano) Tempo de acesso: +/- 35% em 10 anos

19 Previsões Tecnológicas (Resumo) CapacidadeVelocidade Lógica4x em 3-4 anos2x em 3 anos DRAM4x em 3-4 anos1.4x em 10 anos Disco2x em 1 ano1.4x em 10 anos Até mesmo durante a vida útil do processador (2 anos) os avanços tem que ser levados em conta Crescimentos não são lineares (ex: DRAMs)

20 Previsões de Performance para Processadores Microprocessors Minicomputers Mainframes Supercomputers Year ?

21 Previsões de Performance (Resumo) Performance de workstations (medidas em Spec Marks) melhoram aproximadamente 50% por ano Melhoria em custo e performance estimada em 70% ao ano

22 Desempenho vs. Preço

23 Perspectiva para Processadores Análise comparativa IBM POWER2 Cray YMP Workstation Supercomputador Ano MIPS> 200 MIPS< 50 MIPS Linpack140 MFLOPS160 MFLOPS Custo$120,000$1M ($1.6M in 1994$) Clock71.5 MHz167 MHz Cache256 KB0.25 KB Memória512 MB256 MB Supercomputador de 1988 em servidor de 1993!

24 Qual a Origem desta Performance? Tecnologia? Organização? Instruction Set Architecture? Software? Alguma combinação dessas opções?

25 Projeções Tecnológicas (Inovação Arquitetural)

26 Bit Level Parallelism Pipelining Caches Instruction Level Parallelism Out-of-order Xeq Speculation...

27 E Além Disso? Instruction level parallelism (ILP) maior? Caches maiores? Múltiplos processadores por chip? Sistemas completos em um chip? (Portable Systems) LANs de alta performance, Interface, e Interconexão

28 Tecnologia de Hardware Chips de mem.64 K 4 M 256 M-1 G Velocidade Discos 5-1/4’’40 M 1 G 80 G Floppies0,256 M 1.5 M M LAN (Switch)2-10 Mbits 10 (100) (ATM) 10 G (ethernet) Barramentos2-20 Mbytes

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30 Custo de Circuitos Integrados Custo CI = Custo die + Custo teste + Custo packing Aproveitamento após teste Custo die = Custo wafer Dies / wafer * die yield Dies / wafer =  Raio do wafer)  Área do die   Diâmetro do wafer) (2 * Área do die) 

31 Custo de Circuitos Integrados Exemplo: Qual o número de dies em um wafer de 30cm, onde o tamanho do die é 0.7 cm x 0.7 cm? Área do die = 0.49 cm 2 Dies / wafer =  30/2)  0.49   30) (2 * 0.49)  = 1347 Número real é menor porque nem todos os circuitos funcionarão

32 Rendimento do wafer die yield die yield = wafer yield * (1 + defeitos / área * Área do die /  ) % dos wafers que são completamente ruins -- em 2001 dependendo da maturidade do processo 4 para CMOS

33 Rendimento do wafer Exemplo: Ache o die yield para dies de 0.7 cm e 1.0 cm, assumindo densidade de defeitos de 0.6 cm Somente 1010 dies dos 1347 devem funcionar 2 die yield (0.7 cm) = ( * 0.49 / 4) = die yield (1.0 cm) = ( * 1.0 / 4) =

34 Processadores Modernos Microprocessador Área (mm2) PinosTecnologia Custo do wafer Package Alpha 21264C115524CMOS, 0.18u, 6M 4,700.00CLGA Power3-II CMOS, 0.22u, 6M 4,000.00SLC Itanium300418CMOS, 0.18u, 6M 4,900.00PAC MIPS R CMOS, 0.25u, 4M 3,700.00CPGA UltraSPARC III CMOS, 0.15u, 6M 5,200.00FC-LGA

35 Custo em um Sistema

36 Custos vs. Preço Custo dos componentes (47%) Custos diretos (10%) Garantia, defeitos,... Margem bruta (custos indiretos) (19%) Manutenção, P&D, vendas, impostos,... Preço final (desconto médio) (25%) Desconto para compras em volume


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