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DAP Spr.98 ©UCB 1 Multithreading e multiprocessamento.

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1 DAP Spr.98 ©UCB 1 Multithreading e multiprocessamento

2 DAP Spr.98 ©UCB 2 Multithreading simultâneo Thread é um trecho de instruções de um programa Comparação: –Superescalar sem suporte para multithreading –Superescalar com multithreading grosso –Superescalar com multithreading fino –Superescalar com multithreading simultâneo

3 DAP Spr.98 ©UCB 3 Execução de Threads em paralelo Slots de emissão (despacho) tempo Horizontal – capacidade de emissão de instrução a cada ciclo Vertical – sequência de ciclos de clock Caixa branca – slot de emissão não usado naquele ciclo de clock Cores diferentes de branco – threads diferentes

4 DAP Spr.98 ©UCB 4 Speedup no Power5 com e sem SMT SPECint = 1,23 SPECfp = 1,16 SPECfp SPECint perdaganho

5 DAP Spr.98 ©UCB 5 Características de 4 processadores SMT

6 DAP Spr.98 ©UCB 6 Desempenho para SPECint2000

7 DAP Spr.98 ©UCB 7 Desempenho para SPECft2000

8 DAP Spr.98 ©UCB 8 Eficiência em termos de área de silício e potência

9 DAP Spr.98 ©UCB 9 Taxonomia das arquiteturas paralelas (Flynn, 1966) SISD – fluxo de instrução único, fluxo de dados único SIMD – fluxo de instrução único, fluxo de dados múltiplo MISD – fluxo de instrução múltiplo, fluxo de dados único MIMD – fluxo de instrução múltiplo, fluxo de dados múltiplo

10 DAP Spr.98 ©UCB 10 MIMDs (Multiprocessadores) Os MIMDs oferecem flexibilidade. Focaliza alto desempenho, para uma ou várias aplicações, executando muitas tarefas simultaneamente. Podem se basear nas vantagens de custo-desempenho dos processadores de prateleira – os mesmos processadores usados nas estações de trabalho e servidores. Os chips multicore aproveitam o investimento de projeto de um núcleo (core) de um processador fazendo a replicação.

11 DAP Spr.98 ©UCB 11 Multiprocessador de memória compartilhada centralizada

12 DAP Spr.98 ©UCB 12 Multiprocessador de memória distribuída

13 DAP Spr.98 ©UCB 13 Desafios do processamento paralelo Queremos alcançar um ganho de velocidade de 80 com 100 processadores. Que fração da computação original pode ser sequencial?

14 DAP Spr.98 ©UCB 14 Latência de acesso remoto à memória Supor uma aplicação executada em um multiprocessador com 32 processadores, que possui tempo de 200 ns para memória remota. Considerar que todas as referências, exceto às referentes à comunicação, atingem a memória local. Os processadores são protelados numa solicitação remota, e a taxa de clock é de 2GHz. Se o CPI de base (considerando que todas as referências atingem o cache) é 0.5, quanto mais rápido é o multiprocessador se não houver comunicação versus se 0.2% das instruções envolvem uma referência de comunicação remota? Solução: CPI = CPI base + Taxa de solicitação remota x Custo de solicitação remota = ,2% x Custo de solicitação remota Portanto CPI = ,8 =1.3 e o speedup = 1.3/0.5 = 2.6.

15 DAP Spr.98 ©UCB 15 Multiprocessador Simétrico (Symmetric Multiprocessor - SMP) Todos os processadores são iguais Na falha de um, um outro processador pode substitui-lo Usa sincronismo por memória compartilhada centralizada

16 DAP Spr.98 ©UCB 16 CPU de um único thread RAM - quatro programas em execução 7 Pipelines, sendo apenas o programa de cor vermelha em execução Nota-se os espaços em branco dos estágios pipeline ociosos Front end – busca até 4 instruções paralelas

17 DAP Spr.98 ©UCB 17 Single Threaded SMP (Symmetric Multiprocessor) Os diferentes programas são executados em CPUs distintos. Programa vermelho numa CPU amarelo em outra

18 DAP Spr.98 ©UCB 18 Superthreading ou multithreading CPU com capacidade para executar mais de um thread simultaneamente, porém, cada estágio do pipeline deve conter instruções de apenas um thread Não se pode emitir instruções de threads distintos num mesmo instante

19 DAP Spr.98 ©UCB 19 Simultaneous multithreading (SMT) ou Hyper-threading (HT) Não existe restrição de emissão de instruções para threads diferentes em cada ciclo de clock. Compara-se ao single-threaded SMP Single-threaded SMP

20 DAP Spr.98 ©UCB 20 Superescalar SMT Chips de um único CORE

21 DAP Spr.98 ©UCB 21 Processadores Multi-Core Um único chip com múltiplos cores (CPUs), cada um executando threads distintos como em single-threaded SMP Compatível em softare a uma arquitetura SMT porém tecnologicamente mais interessante, pois pode ser usada uma tecnologia que consome menos energia, e o desempenho aumenta com o número de CORES.


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