Gei 431 Architecture des ordinateurs II – Frédéric Mailhot Introduction Objectifs du cours Évaluation Références Matière du cours: - Techniques modernes d’architecture - Les systèmes parallèles - La synthèse automatisée de circuit

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Matière couverte Amélioration des derniers 10 ans Comprendre ce qui s’en vient d’ici 10 ans

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Pourquoi l’évolution de l’architecture? Loi de Moore: 2X plus de transistors / 18 mois  Depuis 15 ans: environ 1000X (de 4 à 0.13 microns)  En 2008: 0.05 micron, 100M transistors, plusieurs GHz Différence croissante entre le délai intra-chip et le délai extra-chip Importance croissante des interconnections entre les transistors Corrolaire de la loi de Moore: augmentation exponentielle de la puissance dissipée (à voltage constant)

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Défis Taille et puissance  Comment gérer l’augmentation de puissance consommée? (prédite par Dennart en ’70) Performance du système  Qu’est-ce qui définit la performance?  Où doit-on miser pour augmenter la performance? Complexité  Comment gérer le design de systèmes de plus en plus gros?

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Force motrice derrière l’architecture des ordinateurs Fin des années ’80, début ’90:  Performance des processeurs Fin des années ’90, début 2000:  Puissance  Accès à la mémoire lent  Fiabilité  Coût de développement, maintenance de logiciel  Désuétude rapide  Performance des processeurs

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Qu’allons-nous étudier ici? Techniques d’amélioration de la performance des processeurs utilisées depuis 10 ans:  Parallélisme (MLP, ILP)  Pipelines / superscalaires / VLIW Multiprocesseurs  Synchronisation Techniques modernes de conception de circuits  Synthèse de haut niveau, logique  HDLs (Hardware Description Languages)  Technologies-cibles: ASIC, FPGA

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Comment améliorer la performance? Matériel  Dispositifs  Ensemble d’instructions (RISC vs CISC) Conception  Techniques de synthèse  Techniques de test Parallélisme  MLP (Machine Level Parallelism)  ILP (Instruction Level Parallelism)

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Matériel: Amélioration des dispositifs Plus grande intégration (Moore / Dennart) Utilisation nouvelle des composants  FPGA: utilisation d’éléments reconfigurables  Protocoles d’entrées/sorties différents E.g. Rambus

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Matériel: Amélioration des dispositifs Silicium  Sous 0.1 um (IBM prévoit 0.05 um en 2008)  Oxyde trop mince -> effet tunnel  Variations locales du dopage  Transport ballistique  DIBL (Drain-Induced Barrier Lowering) Arseniure de Gallium (AsGa), Germanium- Silicium (siGe) ? Communications optiques?

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Matériel: Amélioration des dispositifs (2) Superconducteurs à haute température? Systèmes quantiques? Nanotechnologie?

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Matériel: ensemble d’instructions RISC: instructions plus simples à décoder  Plus d’instructions pour la même tâche  Chaque instruction s’exécute plus rapidement CISC: instructions complexes VLIW (Very Large Instruction Word)

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Conception: techniques de synthèse Langages de haut niveau (VHDL, Verilog) Synthèse de haut niveau Synthèse logique Placement / Routage

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Conception: techniques de test Vecteurs de test  Modèle stuck-at JTAG et Full / Partial Scan BIST (Built-In Self-Test)

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Parallélisme: MLP Machines massivement parallèles  Thinking machines  Masspar NOW (Network of Workstations) Multiprocesseurs  ASCI White  Beowulf

© 2001 Frédéric MailhotUniversité de Sherbrooke Introduction Parallélisme: ILP Pipelines Méthodes superscalaires  Scoreboard, Tomasulo Prédiction des branches  Méthodes statiques / dynamiques Spéculation (EPIC – Explicitely Parallel Instructions Computer) Machines « multithreaded »