Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
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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This article has two main objectives. The first one is to present an overview of the evolution of computer architecture. This presentation allows to specify the place and role of each of the individual items in the "Hardware" category of the treaty. The second one is to show the relationships between the semiconductor technology, the architectural concepts and the needs of large classes of applications that use these computers, either the visible ones (PCs or servers) or the embedded and the mobile systems. As the clock frequency increase that was allowed by the successive generations of CMOS technology was the key factor in performance gains until the early 2000s, the "heat wall" prohibiting frequencies above 4 GHz caused a shift towards parallel architectures (multi-cores, GPU, hardware accelerators) to continue the performance increase.
Auteur(s)
-
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.
KEYWORDS
CPU | multi-core | GPU | CMOS technology | heat wall | memory wall
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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6. Remarques pour conclure
Les architectures d'ordinateur continuent d'utiliser des paradigmes et des techniques qui existent depuis des dizaines d'années : le modèle de Von Neuman est toujours dominant, et des techniques comme le pipeline, l'exécution pipeline et superscalaire, les caches, la mémoire virtuelle, etc. sont utilisées depuis très longtemps.
Plusieurs phénomènes provoquent cependant des évolutions significatives :
-
le mur de la chaleur a remplacé la recherche de la performance brute par la performance/watt et la maîtrise de la puissance et de la consommation énergétique est devenue la question clé ;
-
l'ordinateur, qu'il soit visible ou invisible (systèmes embarqués), n'est plus l'élément central. Internet et ce qu'il induit, les données massives et l'Internet des objets par exemple, font que les ordinateurs deviennent de plus en plus des composants des systèmes embarqués et mobiles par rapport à leur rôle traditionnel de PC, serveurs et superordinateurs.
L'évolution des technologies des processeurs et des mémoires a suivi la loi de Moore. Si celle-ci continue à s'appliquer, c'est de plus en plus difficilement et avec des coûts de plus en plus élevés. Comme on se rapproche des limites fondamentales du CMOS sans que des technologies alternatives économiquement viables apparaissent, il est difficile de faire des prévisions à long terme !
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Remarques pour conclure
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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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