Monthly Lecture Meeting 58th
CPUの行方
-CPUの最新技術と今後発表者
指導院生
○ 荒久田 博士
斉藤 宏樹
Intelligent Systems Design Laboratory
CPU
CPUの役割

プログラムの制御,演算の制御,入出力の制御
CPUの性能
 動作周波数
単位時間あたりに刻むクロックの数
 IPC(Instructions
Per Clock cycle)
1クロックあたりに実行可能な命令数
(実行命令数÷所要クロック数)
処理性能=動作周波数×IPC
Intelligent Systems Design Laboratory
CPUの進化
1971年のCPU4004
 動作周波数
: 108kHz
 トランジスタ数 : 2300個
Intel社の最新CPU Pentium4
 動作周波数
: 3.06GHz
 トランジスタ数 : 5500万個
動作周波数 : 約3万倍
トランジスタ数 : 約2万4000倍
Intelligent Systems Design Laboratory
Intel社の最新技術
Hyper Threading
1つのCPUを2つの仮想的なCPUとOSに認識させることで
複数のスレッドを同時に実行する技術
通常のCPU
HT対応のCPU
Intelligent Systems Design Laboratory
AMD社の最新技術
Hyper Transport
マシン内部に新たな経路を作ることで,CPU・メモリ間の
レイテンシを減らす技術
Hyper Transport Bus
Intelligent Systems Design Laboratory
メモリ空間の不足
メモリ空間
 CPUがメモリを参照するための領域
メモリ
HD
メモリ空間の不足

情報量(動画・音声などのデータ)の増加
Intelligent Systems Design Laboratory
64bit CPUとは
64bit CPUの特徴
 1回の処理で64bitのデータを扱える
32bit CPUにおいて2回に分けて行われていた32bit
を超えるデータの処理を1度の処理で行える
 膨大なメモリ空間の利用が可能
32bit CPU : 4GByte
64bit CPU : 180億GByte
Intelligent Systems Design Laboratory
Intel社とAMD社の64bit CPU
サーバー向け
社 : Itanium2
 AMD社 : Opteron
 Intel
デスクトップ向け
社 : Prescott
 AMD社 : ClawHammer
 Intel
Intelligent Systems Design Laboratory
Itanium2とOpteron
Itanium2とOpteronの比較
アーキテクチャ
スケーラビリティ
コスト
Itanium2
新型アーキテクチャ
4CPUまでの拡張
EPIC
52万5080円
Opteron
従来のx86を拡張し 8CPUまでの拡張
たx86-64
9万9250円
Intelligent Systems Design Laboratory
サーバー向けCPUの行方
Itanium2


多くのベンダーから指示されている新たなアーキテク
チャ
単一CPUとしては,Opteronよりも高性能
Opteron


従来の資源を活用することが可能
1CPU当たりのコストがItanium2よりも非常に安価
サーバー向けCPUではOpteronが有利
Intelligent Systems Design Laboratory
PrescottとClawHammer
PrescottとClawHammerの特徴
Prescott
 Hyper
Threadingを搭載
動作周波数の更なる高速化
(2004年前半には4.0GHzを,2007年には10GHzを予定)
ClawHammer
 メモリ統合型コントローラの搭載
レイテンシの減少によるCPUの処理性能向上
Intelligent Systems Design Laboratory
デスクトップ向けCPUの行方
Prescott

動作周波数の高速化
ClawHammer

IPC(Instruction Per Clock cycle)の増加
処理性能=動作周波数×IPC
デスクトップ向けCPUではPrescottが有利
Intelligent Systems Design Laboratory
まとめ
今後使用される技術

Intel社のHyper Threading

AMD社のHyper Transport
Intel社とAMD社のCPU市場でのシェア争い

サーバー向け
AMD社のOpteronがシェアを獲得

デスクトップ向け
Intel社のPrescottがシェアを獲得
Intelligent Systems Design Laboratory
Intelligent Systems Design Laboratory
質問用スライド
Intelligent Systems Design Laboratory
CPUの処理性能 (処理性能=動作周波数×IPC )
Intelligent Systems Design Laboratory
Hyper Threading補足
Webサーバのベンチマークパフォーマンス
Intelligent Systems Design Laboratory
デュアルチャネル
フロントサイドバスの伝送量 > メモリの伝送量
従来の伝送
デュアルチャネル
Intelligent Systems Design Laboratory
EPIC
Explicitly Parallel Instruction Computing
 明示的な並列実行
 並列実効可能な命令を解析し,複数命令を並列に実行するた
めの情報をあらかじめプログラム中に記述しておくことで実行時
にはそれらを同時に実行する
 投機的データロード
 データアクセスに選考して,ロード開始要求を出すことで,デー
タが必要となった際にはすぐに実行可能とする
 プリディケーション
 条件成立だけでなく,不成立の場合も記述しておくことで,分岐
ミスを防ぐ
Intelligent Systems Design Laboratory
現在のCPUのシェア
2002年10月31日時点
Intelligent Systems Design Laboratory
パイプライン処理
パイプライン
複数の命令を少しずつずらして同時並行的に実行する実現方式
●通常の処理
●パイプライン処理
Intelligent Systems Design Laboratory
スケーラ処理
スケーラ
複数のパイプラインを設けることで,複数命令を同時に実行する
高速化技術
●通常のパイプライン
●スケーラ
Intelligent Systems Design Laboratory
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