Sistemas multiprocesadores

Sistemas
Multiprocesadores
Arquitectura y Tecnología de Computadores
Universidad de Sevilla
Prof. Saturnino Vicente Díaz
1. Introducción
• Niveles de paralelismo
• Introducción a los sistemas multiprocesadores
• Argumentos a favor de los multiprocesadores
• Argumentos en contra de los multiprocesadores
• Investigación actual
Introducción
Paralelizador/
reescritura HLL
S.O.Implementación
ISA
Lógica
Digital
Electrónica
Compilador/
librerías
TLP
(Multiprocesadores)
DLP extraído
(SIMD / PV)
Vectorizador
ILP
(VLIW /
Superesc)
DLP extraído
(Núcleos
Multimedia)
Encadenamiento
Paralelismo
a nivel de bits
Desenrollado
Si existe DLP
Fig. 1.1
Niveles de paralelismo
Introducción
• Sistemas multiprocesadores
– En los sistemas actuales la CPU
• es un todomonolítico
• está separada de la memoria principal y de la E/S
• Alcanza grandes velocidades
– Vamos a romper con esta concepción para diseñar los
multiprocesadores
– Lo que vamos a construir se parece a:
Cuidado con
el progreso de
las apli. reales
Sistemas
Multiprocesadores
UniProc. barato
altas prestaciones
APROVECHAR
Código
Paralelo
ESCRIBIR
Comunicación
eficiente
DISEÑARReduce el
nº de mensajes
Fig. 1.3
Fig. 1.2
Introducción
– Idealmente, , lo cual es imposible
• La red de interconexión juega un papel importante
– Comunicación entre procesadores
– Comunicación entre procesadores y memoria
• La memoria está separada de los procesadores, pero no
totalmente ⇒ Cada procesador tiene su caché local. La
forma de organizar la jerarquía de memoria es vital
N
t
tejec uni
ejec mult
,
, =
Fig. 1.4
Introducción
• Argumentos a favor de los Multiprocesadores
– En 15 ó 20 años, el rendimiento de los
Uniprocesadores llegará a su fin, debido a dos razones:
• Incrementar el rendimiento conectando uniprocesadores
en paralelo
– Menos costoso que diseñar un nuevo procesador
– Más flexible para todo tipo de soft que un nuevo diseño
• El ritmo deinnovación en la endoarquitectura es difícil
de mantener indefinidamente
– Actualmente el incremento en transistores es superior al
de rendimiento (nºtran x 4 ; rend. x 3 cada 3 años)
– Algunos estudios indican el inicio de la saturación en
prestaciones de los uniprocesadores
– Parece que los MPr’s son la única forma de aumentar
considerablemente el rendimiento a un precio razonable
CostePrestaciones
Uniprocesador
Coste de
saturación 1990’s
1980´s (VLSI)
1970´s (Circuitos integrados)
1960´s (Transistores discretos)
Fig. 1.5
Introducción
• Argumentos en contra de los Multiprocesadores
– Cada 2 ó 3 años, alguien anuncia el fin de los UniPr
• A los 2 ó 3 años se disparan las prestaciones por una
nueva idea arquitectónica. Esto es debido a que hay
mucho mercado ⇒ mucha inversión ⇒mucho avance
– Segmentación
– Vectorización
– Superescalaridad
– HyperThreading, etc.
– Lentitud en las comunicaciones
• Latencia a memoria local es del orden de pocos ns
• En MPr, si un Pr necesita un dato remoto ⇒alta latencia,
del orden de microsegundos (Ejemplo)
– Limitación del paralelismo de las aplicaciones
• La ley de Amdahl nos indica el efecto del paralelismo de
lasaplicaciones en la aceleración
– Intuitivamente
– Sin embargo, la mejora solo afecta al porcentaje de
código que se pueda paralelizar
» Dado un código normal, un compilador intenta
paralelizar el código, y lo consigue en la mitad del
programa
» Suponer que queremos conseguir una aceleración de
80, con 100 procesadores ¿Qué fracción del
programa debe ser paralela?
tejec,mult = tejec,uni N
( )
21
2
2*
1
2
1
1
1
1 →
+
=
+
=
− +
=
N
N
N N
F F
A
F ≈ 99,75
Introducción
• Investigación actual
– Software más adaptado a la computación paralela
• Nuevos algoritmos
– Se obtendrían mayor rendimiento
• Nuevos lenguajes paralelos
• Que los compiladores extraigan el paralelismo implícito
en los programas no escritos explícitamente en paralelo
• Portabilidad de los...