Desafios da tecnologia da computação e indústria

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Desafios da Tecnologia da Computação e Indústria

Eduardo de Lucena FalcãoLeandro Figueiredo Alves

Referências

Furber, S. (2008) – “The Future of Computer Technology and its Implications for the Computer Industry”. Oxford University Press, por The British Computer Society

Patterson, D. (2010) – “The Trouble With Multicore”. IEEE Spectrum. Disponível em http://spectrum.ieee.org/computing/software/the-trouble-with-multicore, último acesso em 09/04/2012

Moore, S. K. (2008) – “Multicore Is Bad News For Supercomputers”. IEEE Spectrum. Disponível em http://spectrum.ieee.org/computing/hardware/multicore-is-bad-news-for-supercomputers, último acesso em 09/04/2012

Referências

Hill, M. D.; Marty, M. R. (2008) – “Amdahl’s Law in the Multicore Era”. IEEE Computer Society

Alted, F. (2010) - “Why Modern CPUs Are Starving and What Can Be Done About it”. IEEE Computing in ScienCe & Engineering

Berard, S.; Koomey, J. G.; Sanchez, M.; Wong, H. (2009) – “Assessing Trends in the Electrical Efficiency of Computation Over Time”. IEEE Annals of the History of Computing

Imagens (todos os links com último acesso em 09/04/2012):◦http://www.bbcbasic.co.uk/bbcbasic/birthday/

◦http://www.rodrigostoledo.com/2008/01/sandisk-12gb-microsdhc-memoria-gigante-para-celulares/

◦http://diariodoandroid.com.br/acessorios/sandisk-anuncia-cartoes-microsd-64gb/9895/

◦http://thefutureofthings.com/news/6259/sdxc-memory-card-format-to-offer-2tb-of-storage.html

◦http://www.reginaldtiangha.com/cpsc509/ssem.htmReferências

Sumário

MotivaçãoMemória e CPUMulticoreConsiderações Finais

Motivação

Assessing trends in the electrical efficiency of computation over time

Evolução dos Computadores

FONTE: http://www.techclube.com.br

Lei de Moore

FONTE: FURBER, S. (2008) “The Future of Computer Technology and its Implications for the Computer Industry”

Lei de Moore

FONTE: http://www.rodrigostoledo.com/2008/01/sandisk-12gb-microsdhc-memoria-gigante-para-celulares/ acessado em 09/04/2012

Lei de Moore

FONTE: http://diariodoandroid.com.br/acessorios/sandisk-anuncia-cartoes-microsd-64gb/9895/ acessado em 09/04/2012

Lei de Moore

FONTE: http://thefutureofthings.com/news/6259/sdxc-memory-card-format-to-offer-2tb-of-storage.html acessado em 09/04/2012

Transistores fisicamente menores◦Mais baratos◦Mais rápidos◦Maior eficiencia energética◦Mais aproveitamento de espaço

◦Crescimento exponencial no custo da construção de uma fábrica

Lei de Moore

“Vivendo com a falha”

◦“An immediate consequence of the near-atomic scale of near-future transistors is the need for designs to cope with increasing device variability and failure-rates” Borkar, S. (2005, apud Furber, 2008)

◦“The challenge of designing reliable systems on unreliable technologies is not new” Furber (2008) citando Neuman (1956) com seu

trabalho sobre válvulas térmicas

Lei de Moore

“Vivendo com a falha”

◦Arquiteturas de memória e a complexidade de microprocessadores

Lei de Moore

“Lei de Feng”

Lei de Moore para a Energia (Feng, 2003)“O consumo de energia dobrará a cada 18

meses”

Resultados

1946 – 1958: desempenho dobra a cada 1,35 anos

1959 – 1961: 10x menos energia1981 – 2009: desempenho dobra a

cada 1,45 anos

FONTE: Berard, S.; Koomey, J. G.; Sanchez, M.; Wong, H. (2009) “Assessing trends in the electrical efficiency of computation over time”

Memória e CPU

Why modern CPUs are starving

and what can be done about it

Memória X CPU

1980 1990 20000

MemóriaCPU

Francesc Alted, 2010

100 MHz

word 10 ns

https://www.vaultnetworks.com/resources/amd-vs-intel/

Problema do “Power Wall”

Multicore

Mudança de Paradigma◦Processadores multicore se tornando padrão

◦Necessidade de mudança de paradigma também na programação

◦“General-purpose parallelism certainly hasn’t been solved and, until it is, the utility of the future many-core processors remains questionable” – Furber (2008)

Vários núcleos, trabalho leve

THE MULTI-CORE AGE

Mudança de Paradigma

◦“Cut-and-paste is as easy on silicon as anywhere else, so putting two or four cores on a chip isn’t much harder than one (though maintaining a coherent memory model and balancing bandwidth requirements is non-trivial). The industry has simply abandoned the uniprocessor route as too hard and taken the line of least resistance. They can market ever more processor power through the multi-core route; whether or not you can use that power is your problem, not theirs.” – Furber (2008)

Vários núcleos, trabalho leve

“After about 8 cores, there’s no improvement” – James Peery, diretor de computação, informação e matemática na Sandia, apud Moore (2008)

“At 16 cores, it looks like 2” – James Peery, apud Moore (2008)

Novo paradigma

Problema do “Memory Wall”

“Although the number of cores per processor is increasing, the number of connections from the chip to the rest of the computer is not” – Moore (2008)

Necessidade de maior integração de memória e processadores – James Perry, apud Moore (2008)

Novo paradigma

Why, exactly, can’t we improve memory

latency and bandwidth to keep

up with CPUs?

O Modelo de Memória Hierárquica

Técnicas para lidar com o Data Starvation

Princípios:◦Localidade Temporal

Dados são reutilizados◦Localidade Espacial

Conjunto de dados são acessados sequencialmente

http://www.pytables.org/docs/StarvingCPUs.pdf

Princípios:◦Localidade Temporal

Dados são reutilizados◦Localidade Espacial

Conjunto de dados são acessados sequencialmente

The Blocking TechniqueFrancesc Alted, 2010

• Quando acessar a memória, leia um bloco sequencial que caiba na cache do CPU, opere sobre ela ou a reuse o máximo possível, e depois escreva o bloco de volta na memória

http://www.pytables.org/docs/StarvingCPUs.pdf

Compressão e Acesso de Dados

Lei de Amdahl

Versão moderna (1988):◦Se você aumentar uma fração f de uma

computação por uma aceleração S, o aumento total de velocidade será:

◦Quando f é pequeno, otimizações terão pouco efeito

◦Limitação de aumento de velocidade: S tendendo ao infinito, o aumento de velocidade é limitado por 1/(1-f).

Lei de Amdahl

Versão usando n processadores (1967):◦Limite de paralelização: a fração (1-f) seria

totalmente sequencial

(a) Multicore simétricos, com 16 cores de base(b) Multicore asimétricos, porém o autor se equivoca

denominando também de ssimétrico, com 4 cores com 4 cores de base cada

(c) Multicore assimétrico com um core com 4 cores de base e doze cores com uma base

Lei de Amdahl

Testes da Lei de Amdahl◦Perf(r) =

Lei de Amdahl

Resultados dos cores simétricos

Lei de Amdahl

“Result 1. Amdahl’s law applies to multicore chips because achieving the best speedups requires fs that are near 1. Thus, finding parallelism is still critical.

Implication 1. Researchers should target increasing f through architectural support, compiler techniques, programming model improvements, and so on.” FURBER, S. (2008)

Resultados dos cores assimétricos

Lei de Amdahl

“Result 2. Using more BCEs per core, r > 1, can be optimal, even when performance grows by only r . For a given f, the maximum speedup can occur at one big core, n base cores, or with an intermediate number of middle-sized cores. Recall that for n = 256 and f = 0.975, the maximum speedup occurs using 7.1 BCEs per core.

Implication 2. Researchers should seek methods of increasing core performance even at a high cost.” FURBER, S. (2008)

Resultados dos cores dinâmicos

Lei de Amdahl

“Result 3. Moving to denser chips increases the likeli-hood that cores will be nonminimal. Even at f = 0.99, minimal base cores are optimal at chip size n = 16, but more powerful cores help at n = 256.

Implication 3. As Moore’s law leads to larger multicore chips, researchers should look for ways to design more powerful cores.” FURBER, S. (2008)

Considerações Finais

Desafios propostos por Furber:

Dúvidas? Perguntas? Considerações ou Curiosidades?

FONTE: http://vocevaientender.wordpress.com/tag/duvidas/ acessado em 09/04/2012

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