Présentation
EnglishRÉSUMÉ
Cet article donne une perspective d’ensemble de l’évolution de l’architecture des ordinateurs. Cette présentation permet de préciser la place et le rôle de chacun des articles particuliers de la rubrique « Matériel » de ce traité. Un second but de cet article est de montrer l’articulation entre la technologie des semi-conducteurs, les concepts architecturaux et les besoins des grandes classes d’applications qui utilisent ces ordinateurs, qu’ils soient visibles (PC et serveurs) ou non (systèmes embarqués et systèmes mobiles). L’augmentation des fréquences d’horloge liée aux générations successives de technologies CMOS a été le facteur clé de l’augmentation des performances jusqu'au début des années 2000. Mais le « mur de la chaleur », en interdisant des fréquences supérieures à 4 GHz a provoqué un tournant vers les architectures parallèles (multi-cœurs, GPU, accélérateurs matériels) pour pouvoir continuer à augmenter les performances.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Daniel ETIEMBLE : Ingénieur de l'INSA de Lyon - Professeur émérite à l'université Paris Sud
INTRODUCTION
Cet article a deux objectifs principaux. Le premier est de donner une perspective d'ensemble de l'évolution de l'architecture des ordinateurs. Cette présentation permet de préciser la place et le rôle de chacun des articles particuliers de la rubrique « Matériel » de ce traité. Le second est de montrer l'articulation entre la technologie des semi-conducteurs, les concepts architecturaux et les besoins des grandes classes d'applications qui utilisent ces ordinateurs, qu'ils soient visibles (PC et serveurs) ou non (systèmes embarqués et systèmes mobiles). Alors que l'augmentation des fréquences d'horloge liée aux générations successives de technologies CMOS a été le facteur clé de l'augmentation des performances jusqu'au début des années 2000, le « mur de la chaleur » interdisant des fréquences supérieures à 4 GHz a provoqué un tournant vers les architectures parallèles (multi-cœurs, GPU, accélérateurs matériels) pour pouvoir continuer à augmenter les performances.
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2001 par Daniel ETIEMBLE
- Version archivée 2 de févr. 2009 par Daniel ETIEMBLE
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
3. Avant le mur de la chaleur
Des premiers microprocesseurs au début des années 2000, la période est généralement caractérisée comme celle du « free lunch » : pour obtenir de meilleures performances, il suffisait d'attendre 18 à 24 mois entre deux générations technologiques successives sans beaucoup modifier la structure des logiciels.
3.1 Performances monoprocesseur
Les performances d'un processeur sur l'exécution d'un programme utilisateur sont exprimées par l'équation suivante, qui donne le temps d'exécution Tex en fonction de différents paramètres :
avec :
- NI :
- nombre d'instructions exécutées. Il dépend du jeu d'instructions et des performances des compilateurs,
- CPI :
- nombre moyen de cycles d'horloge nécessaires par instruction qui dépend de la complexité des instructions : nombre d'opérandes par instruction, méthode d'accès aux opérandes, nombre d'accès mémoire, etc. IPC = 1/CPI est le nombre d'instructions exécutées par cycle d'horloge,
- Tc :
- temps de cycle d'horloge du processeur. Il est fonction de la décomposition de l'exécution de l'instruction en étapes élémentaires simples et de la technologie utilisée qui détermine le temps d'exécution des étapes élémentaires. Tc = 1/F où F est la fréquence d'horloge du processeur.
La formule peut être réécrite sous la forme :
L'amélioration des performances peut être obtenue en diminuant NI, en augmentant IPC et F et en combinant les trois facteurs. Nous les examinons successivement.
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Avant le mur de la chaleur
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HENNESSY (J.L.), PATERSON (D.) - Architecture des ordinateurs, une approche quantitative (3e édition). - Vuibert Informatique (2003).
-
(2) - GARGINI (P.) - The roadmap to success : 2013 ITRS Update. - http://www.ewh.ieee.org/r6/scv/eds/slides/2014-Mar-11-Paolo.pdf
-
(3) - JALIER (C.) - Communication et contrôle dans les architectures homogènes de circuits pour télécommunications. - Montpellier : Université de Montpellier 2 : thèse de doctorat, génie électrique, électronique, photonique et systèmes, sous la direction de TORRES Lionel (2010).
-
(4) - HILL (J.) - Memory wall. - Dell High Performance Wiki http://en.community.dell.com/techcenter/high-performance-computing/w/wiki/2284
-
(5) - * - TOP 500 http://www.top500.org/
-
(6) - ESMAEILZADEH...
ANNEXES
Opérateurs séquentiels
ETIEMBLE (D.) - Réalisation des opérateurs logiques. - [E 182](2013).
FREY (C.) - Mémoires à semi-conducteurs. - [E 2 490] (2006).
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