Multithreading e multiprocessamento

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

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

Speedup no Power5 com e sem SMT SPECint = 1,23 SPECfp SPECfp = 1,16 SPECint perda ganho

Características de 4 processadores SMT

Desempenho para SPECint2000

Desempenho para SPECft2000

Eficiência em termos de área de silício e potência

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

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.

Multiprocessador de memória compartilhada centralizada

Multiprocessador de memória distribuída

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

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 = 0.5 + 0,2% x Custo de solicitação remota Portanto CPI = 0.5 + 0,8 =1.3 e o speedup = 1.3/0.5 = 2.6.

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

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

Single Threaded SMP (Symmetric Multiprocessor) Os diferentes programas são executados em CPUs distintos. Programa vermelho numa CPU amarelo em outra

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

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

Chips de um único CORE Superescalar SMT

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.