Алла Владова - Разработка масштабируемых программ для многоядерных архитектур

Широкое распространение мультиядерных технологий – это следующий этап развития компьютерных технологий, который преобразит существующую вычислительную среду. Основные выгоды, получаемые от внедрения мультиядерных технологий представляются следующими.

Для коммерческого рынка – корпоративные IT-системы получат значительное увеличение производительности, используя оптимизированные мультипоточные приложения. Внедрение новых процессоров позволит создавать более сложные системы, с минимальными вложениями, опираясь на существующую инфраструктуру. Кроме того, такие системы отличаются простым управлением, упрощенным менеджментом, низкой совокупной стоимостью владения, высокой эффективностью и производительностью.

Для бизнеса и конечных пользователей – мультиядерная технология AMD способна существенно увеличить количество выполняемой работы в задачах требующих интенсивных вычислений, например таких, как мультимедиа, создание цифрового контента, обеспечения безопасности и других.

Разработчики и тестеры программного обеспечения озадачены созданием новых алгоритмов, обрабатывающих данные одновременно. [2].

Конечно, говорить о том, что двухядерные процессоры в два раза производительнее одноядерных, не приходится. Причина заключается в том, что для реализации параллельного выполнения двух потоков необходимо, чтобы эти потоки были полностью или частично независимы друг от друга, а кроме того, чтобы операционная система и само приложение поддерживали на программном уровне возможность распараллеливания задач. И в связи с этим стоит подчеркнуть, что сегодня далеко не все приложения удовлетворяют этим требованиям и потому не смогут получить выигрыша от использования двухядерных процессоров. Впрочем, уже сегодня существует немало приложений, которые оптимизированы для выполнения в многопроцессорной среде, и такие приложения, несомненно, позволят использовать преимущества двухядерного процессора. Кроме того, она позволяет выявить преимущества при одновременной работе с несколькими приложениями, что является типичной ситуацией на сегодняшний день.

Рассмотрим технологию Intel Core на примере двухядерного процессора Presler, выполненного по 65-нанометровому технологическому процессу, каждое ядро которого имеет собственный кэш второго уровня L2 объемом 2 Мбайт. Он поддерживает 64-битное расширение памяти Intel EM64T и технологию Executable Disable Bit, с отключенной на аппаратном уровне технологии HyperThreading.

В отличие от двухядерных процессоров Pentium Extreme Edition и Pentium D в процессоре Presler два ядра размещены на разных кристаллах, то есть это будут два физически разделенных кристалла в одной упаковке в соответствии с рисунком 2. Такой подход к организации двухядерной архитектуры предоставляет достаточно гибкие возможности для отбраковки кристаллов, позволяя увеличить долю выхода годных двухядерных процессоров, а к тому же (и скорее всего, в этом главная причина) это позволяет одновременно с двухядерным процессором Presler выпускать и одноядерный аналог, причем кристаллы для обоих процессоров могут «нарезаться» из одних и тех же пластин [3].

Рисунок 2 – Структурная схема процессора Presler

Микроархитектура Intel Core, реализованная в процессорах Intel позволяет улучшить соотношение производительности и энергопотребления. Характеристики новой микроархитектуры Intel® Core™:

Технология Intel® Wide Dynamic Execution позволяет обрабатывать больше команд за такт процессора, повышая эффективность выполнения приложений и сокращая энергопотребление. Каждое ядро процессора, поддерживающего эту технологию, может выполнять до четырех инструкций одновременно, используя эффективный конвейер из 14 стадий.

Технология Intel® Intelligent Power Capability делает энергопотребление более низким, активируя отдельные логические подсистемы только по мере необходимости.

Технология Intel® Advanced Smart Cache включает совместно используемую кэш-память 2-го уровня, которая снижает энергопотребление, сводя к минимуму обмен данными с памятью, и повышает производительность, позволяя одному из ядер процессора использовать всю кэш-память при бездействии другого ядра.

Технология Intel® Smart Memory Access повышает производительность системы, сокращая время отклика памяти и оптимизируя, таким образом, использование пропускной способности подсистемы памяти.