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RÉSUMÉ
Les processeurs multithreads et les processeurs multicœurs permettent l’utilisation des trois types de parallélisme (instructions, données et threads). Après un rappel des notions de processus et de thread, cet article aborde les processeurs multithreads, qui dotent un processeur physique de plusieurs contextes d’exécution se partageant les unités fonctionnelles, les caches et la mémoire. A un processeur physique correspondent plusieurs processeurs logiques exécutant chacun un thread. Les trois types de multithreading sont présentés: le multithread gros grain, le multithread grain fin et le multithread simultané.
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-
Daniel ETIEMBLE : Ingénieur de l’INSA de Lyon - Professeur émérite à l’université Paris Sud
INTRODUCTION
Du parallélisme d’instructions au parallélisme de threads
Jusqu’au début des années 2000, l’augmentation des performances des monoprocesseurs a résulté de l’augmentation des fréquences d’horloge d’une part, de l’utilisation du parallélisme d’instructions d’autre part. L’article [H 1 058] décrit en détail cette évolution. Le « mur de la chaleur » n’a pas permis l’augmentation des fréquences d’horloge au-delà de 4 GHz. L’utilisation du parallélisme d’instructions dans les processeurs superscalaires à exécution des instructions dans l’ordre [H 1 010] et non ordonnée [H 1 011] a également atteint ses limites, même si l’utilisation du parallélisme de données avec les instructions SIMD [H 1 200] a permis d’augmenter les performances. Pour continuer à améliorer ces dernières, l’utilisation du parallélisme de threads dans les processeurs multithreads et multicœurs a permis de combiner les trois types de parallélisme : parallélisme d’instructions, parallélisme de données via les instructions SIMD et parallélisme de threads. Ce dernier type implique l’utilisation de la programmation parallèle. Cet article introduit les supports matériels pour le multithreading (processeurs multithreads) et les multicœurs. La plupart des processeurs d’usage général utilisés en 2017 (PC et serveurs) sont des multicœurs dont les cœurs sont multithreads.
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MOTS-CLÉS
parallélisme de tâches multithreading processeur multicoeur hiérarchie de caches réseau d'interconnexion
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5. Annexe : les réseaux d’interconnexion
Les réseaux d’interconnexion utilisés dans les architectures parallèles ont un certain nombre de caractéristiques dont nous rappelons les principales :
-
la topologie est la manière dont les nœuds sont interconnectés ;
-
le diamètre est la distance minimale entre les nœuds les plus lointains, mesurée en nombre d’étapes à travers les nœuds successifs ;
-
le débit de bissection est le nombre de connexions à couper pour diviser le réseau en deux parties ;
-
la latence est le délai de transmission entre deux nœuds ;
-
le blocage ou non-blocage. Un réseau non bloquant permet la liaison entre tout nœud source disponible et tout nœud destination disponible ;
-
le coût matériel ;
-
etc.
Les réseaux d’interconnexion utilisés dans les multicœurs cités dans cet article sont décrits dans la figure 29.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BORKENHAGEN (A.) et al - « A Multithreaded Power PC Processor for Commercial Servers, » IBM J. - Research and Development, vol. 44, no. 6, Nov. 2000, pp. 885-898.
-
(2) - THORNTON (J.) - Design of a Computer – The Control Data 6600. - http://www.mirrorservice.org/sites/www.bitsavers.org/pdf/cdc/cyber/books/DesignOfAComputer_CDC6600.pdf
-
(3) - SNELLING (D.F.), SMITH (B.J.) - « MIMD Processing and the Denelcor HEP », Workshop on Using Multiprocessors in Meteorological Models, 3-6 December 1984, - https://www.ecmwf.int/sites/default/files/elibrary/1984/12351-mimd-processing-and-denelcor-hep.pdf
-
(4) - ALVERSON (G.) et al - « The Tera Computer System, » - Proc. 1990 ACM Int’l Conf. Supercomputing (Supercomputing 90), IEEE CS Press, pp. 1-6 (1990).
-
(5) - JOHNSON (K.), RATHBONE (M.) - « Sun’s Niagara Processor, A Multithread & Multi-core CPU », - http://www.cs.nyu.edu/~lerner/spring10/projects/multicore-niagara.pdf
- ...
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