Processadores multicore

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MULTICORE
Bruno Cardoso
IC - UNICAMP RA 023241

Sávio R. A. dos Santos Rosa
IC - UNICAMP RA 025144

Tiago M. Fernandes
IC - UNICAMP RA 025313

bruno.cardoso@gmail.com

savio18@gmail.com

fernandes.tiago@gmail.com

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INTRODUÇÃO

Processadores Multicore representam uma grande revolução na tecnologia computacional. São capazes de prover maior capacidade de processamento com umcusto/benefício melhor do que processadores Single-Core, e suas vantagens não param por aqui. Ao longo deste texto são explicadas as principais características da arquitetura Multicore, a motivação que levou a seu desenvolvimento, suas vantagens e princípios de funcionamento. Posteriormente enfatizamos implementações específicas desta tecnologia realizadas por duas grandes empresas concorrentes nomercado: AMD e Intel. Assim pode-se exemplificar com maior riqueza as propriedades desta arquitetura.

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OS LIMITES DA TECNOLOGIA SINGLE-CORE

Figura 1. Protótipos de processadores Intel. Além disso, temos um outro problema ainda mais grave: a dissipação de energia. Há 40 anos atrás, Gordon Moore propôs empiricamente que com o ritmo de evolução da tecnologia observado, seria possívelduplicar o número de transistores numa mesma área de silício aproximadamente a cada 18 meses. Por muito tempo esta lei inspirou e promoveu o progresso do mercado de tecnologia, mas começa-se a perceber que estamos cada vez mais próximos de um limite máximo para esta técnica. Quanto menores são os transistores em um circuito integrado, maior sua “densidade”, ou seu número por unidade de área. O acúmulode um número muito grande de transistores em uma área pequena concentra tremendamente a produção de calor devido à dissipação de energia pela corrente elétrica que circula nos transistores. Se essa energia não for rapidamente removida do circuito e transferida para o ambiente, o chip atingirá temperaturas tão elevadas que, literalmente, derreterá [10]. A figura 2, a seguir, mostra uma extrapolaçãoda evolução da energia dissipada por processadores. Segundo Paolo Gargine, Diretor de Tecnologia da Intel, mesmo que se conseguisse contornar o limite da largura da porta, não haveria como remover dele o calor com a mesma rapidez com que seria produzido. O chip se autodestruiria. Além dessas, há diversas outras limitações impostas pela arquitetura de núcleo único. Entre elas, temos que a estreitabanda de dados, aliada à grande diferença entre a velocidade do processador e a da memória, faz com que 75% do tempo da cpu, em média, seja gasto esperando por resultados dos acessos à memória. [7]

No atual mundo digital, as demandas das complexas simulações 3D, arquivos de streaming media, níveis adicionais de segurança, interfaces do usuário mais sofisticadas, bancos de dados maiores e maisusuários on-line estão sempre pedindo por mais poder de processamento. A solução até agora aplicada foi aumentar a freqüência da operação dos processadores, assim aumentando sua capacidade de processamento. Isto exige que a fabricação de transistores seja feita em camadas de silício cada vez menos espessas. Entretanto, segundo o trabalho "Limits to Binary Logic Switch Scaling--A Gedanken Model"publicado por quatro pesquisadores da Intel no “Proceedings of the IEEE” em novembro de 2003, este método de fabricação tem seus dias contados, o que obriga a busca de uma tecnologia alternativa para a fabricação de circuitos integrados e, com eles, microprocessadores. A figura 1 mostra protótipos de transistores da Intel. [10] No canto superior esquerdo da figura 1, corresponde à tecnologia atual:camada de silício de 90 nm e porta de 50 nm. Os seguintes são protótipos de transistores que, seguindo uma linha crescente de tempo para a direita, devem ser fabricados no futuro pela Intel. Porém, após o último dos protótipos, previsto por volta de 2011, a situação fica problemática. Quanto menor a largura da porta, mais próximas ficarão as regiões da fonte e dreno do transistor. Os técnicos...
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