1 MỞ ĐẦU I. ĐẶT VẤN ĐỀ Kiến trúc đa xử lý và vi xử lý đa lõi là những giải pháp công nghệ hiện đại đang được phát triển để nâng cao hiệu suất của các hệ thống máy tính. Kiến trúc đa xử lý có thể cho phép kết nối đến hàng trăm nghìn chip vi xử lý đảm bảo xử lý song song nhiều luồng lệnh, dữ liệu ở tốc độ cao, nhưng lại tiêu tốn nhiều điện năng và công suất tỏa nhiệt rất lớn. Trong khi đó, nhu cầu dân dụng đòi hỏi tiêu thụ điện năng thấp, hiệu năng xử lý của hệ thống máy tính phải cao, nhưng giá phải rẻ. Kiến trúc vi xử lý đa lõi đáp ứng được nhu cầu này. Từ chip 2 lõi được Intel và AMD tung ra thị trường năm 2001, cho đến nay Tirela sắp cho ra bản thương mại với 80 lõi được tích hợp trong cùng một CPU. Tuy nhiên, nếu sắp xếp các lõi theo kiểu thông thường thì kích thước CPU sẽ rất lớn, rất cồng kềnh. Do đó, nghiên cứu các kiến trúc kết nối của các vi xử lý đa lõi để giảm diện tích, giảm độ dài dây dẫn là vấn đề được nhiều nhà thiết kế trên thế giới tiến hành. Phân tích đánh gía hiệu năng của các kiến trúc vi xử lý đa lõi cũng là một vấn đề cần thiết. II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN: Mục tiêu chính của luận văn là tìm hiểu, nghiên cứu về công nghệ vi xử lý đa lõi cùng với các cấu trúc kết nối chip đa lõi khác nhau, tìm hiểu một số công cụ mô phỏng và đánh giá hiệu năng hiện nay có thể áp dụng cho các kiến trúc vi xử lý đa lõi. III. NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN Trình bày các kiến trúc phổ biến của vi xử lý đa lõi hiện nay, các phương pháp đánh giá hiệu năng, dựa vào thực nghiệm, mô phỏng để đánh giá các phương pháp và tìm ra phương án tối ưu để vi xử lý đa lõi đạt được hiệu năng cũng như mức tăng tốc tốt nhất. IV. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Luận văn gồm bốn chương như sau: Chương 1: Tổng quan về vi xử lý đa lõi Chương 2: Tính toán song song & Luật Amdahl Chương 3: Luật Amdahl cho vi xử lý đa lõi Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng của các mạng liên kết đến hiệu năng của chip đa lõi 2 CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ CHIP ĐA LÕI 1.1. KHÁI NIỆM CHIP ĐA LÕI 1.1.1. Thế nào là chip đa lõi Chip đa lõi, hay chip đa nhân, CPU đa lõi (tiếng Anh: multi-core) là bộ vi xử lý trung tâm (Central Processing Unit) có nhiều đơn vị vi xử lý được tích hợp trên cùng một CPU vật lý duy nhất. Một cách khác, chúng giống như sự ghép nối nhiều CPU thông thường trước đây trở thành một CPU duy nhất. CPU đa lõi được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2001 bởi hãng IBM với loại CPU Power4 dành riêng cho các máy chủ. Bắt đầu từ đó các hãng sản xuất CPU khác bắt đầu chú ý đến thể loại CPU đa lõi và định hướng phát triển sản phẩm của mình theo theo thể loại này. Hai nhà sản xuất CPU cho PC lớn là AMD và Intel cũng có các phản ứng khác nhau: AMD đã bắt đầu có định hướng ngay cho CPU đa lõi, Intel còn dè dặt trong giai đoạn đầu, nhưng cũng bắt đầu vào cuộc. Kể từ đó có một sự cạnh tranh giữa hai hãng để chiếm lĩnh thị phần CPU máy tính trên phương diện đa lõi, hiệu năng xử lý và giá bán, sự cạnh tranh này vẫn còn tồn tại cho đến thời điểm hiện nay và chưa có dấu hiệu kết thúc . 1.1.2. Cấu tạo vật lý của CPU đa lõi Nếu như CPU chỉ có một cụm bộ xử lý bên trong lòng nó giống như các bộ xử lý thông thường: Các bộ xử lý từ thế hệ đầu tiên cho đến thế hệ thứ 7 gần đây (như Pentium 4 đơn nhân) được gọi là các CPU chỉ có một nhân - hay gọi cách khác là một lõi (cách gọi theo thói quen, tuy nhiên từ lõi có thể gây nhầm lẫn với cấu trúc core của Intel nên hạn chế dùng). Những CPU hai nhân đầu tiên được Intel và AMD sản xuất khi đặt hai nhân xử lý trong cùng một tấm đế. Có nghĩa trong một CPU nhìn bề ngoài như một CPU thông thường nhưng bên trong nó chứa các phần mạch điện của cả hai CPU, điểm chung của nó là các chân cắm tiếp xúc với socket của bo mạch chủ. Nếu như chỉ 3 nhìn hình dáng mà không nhìn vào các thông số trên vỏ CPU thì các loại CPU hai nhân này không khác so với các CPU đơn nhân sử dụng cùng loại socket. Nhiều người có thể thắc mắc: Bên trong một CPU liệu có còn khoảng không gian trống nào không cho nhân thứ hai, thứ tư hoặc nhiều hơn nữa trong khi tấm đế của CPU vẫn giữ nguyên diện tích như vậy. Thực tế thì kích thước các nhân hiện tại của CPU đã rất nhỏ, phần đế của mỗi CPU có kích thước như hiện tại bởi chúng cần có các vị trí để có thể kết nối với các socket. Thông thường thì các ký hiệu của socket hiện nay có chứa ý nghĩa về số vị trí tiếp xúc giữa CPU và bo mạch chủ, nếu như một CPU hiện tại của Intel sử dụng socket T (LGA775) hay như AMD sử dụng socket 939 thì cũng có nghĩa rằng chúng có 775 hay 939 vị trí tiếp xúc. Với một số lượng kết nối nhiều như vậy thì các CPU nếu thiết kế tấm đế quá nhỏ sẽ không thể đáp ứng được sự kết nối giữa CPU với bo mạch chủ theo kiểu cắm để dễ dàng thay thế (nếu không muốn hàn chắc vào bo mạch chủ). 1.1.3. Thế hệ CPU đa lõi thông dụng 1.1.3.1. Thế hệ đầu tiên Hãng Intel đã giới thiệu những CPU hai nhân Pentium Extreme Edition và Pentium D đầu tiên vào tháng 4 năm 2005 phát triển trên nền Pentium 4 Prescott. Thực chất sự ra đời của những CPU hai nhân đầu tiên này của Intel đã mong muốn giới thiệu ra thị trường càng nhanh càng tốt nên các CPU hai nhân đầu tiên: Pentium D, Pentium Extreme Edition (thường gọi tắt là Pentium EE) chứa trong lòng nó hai nhân của Pentium 4 mã Prescot. Mỗi một nhân được giao tiếp với một đường khác nhau với chipset cầu bắc trên bo mạch chủ. Chính vì vậy mà các chipset của hãng Intel như i915, i925 hoặc các chipset của các hãng khác dành cho các CPU Pentium 4 thông thường không thể sử dụng cho CPU hai nhân Pentium D (hoặc Pentium Extreme Edition). Các chipset dòng i945, i955X, i975X cho dòng máy tính cá nhân để bàn và E7230 cho dòng máy trạm là những chipset đầu tiên hỗ trợ cho những CPU hai nhân này. 4 Với những CPU có số hiệu 830 và 840 còn bao gồm công nghệ mới của Intel là: “EISS” (Enhanced Intel Speed Step), chúng có thể tự động thay đổi tốc độ làm việc của CPU theo nhu cầu xử lý của hệ thống để giảm công suất tiêu thụ. Phiên bản Pentium Extreme Edition 840 có tính năng giống như Pentium D, nhưng có một số khác biệt thêm như sau: • Hỗ trợ công nghệ Siêu phân luồng (HT Technology). Như vậy với mỗi nhân bên trong sẽ trở thành 2 nhân ảo (hệ điều hành sẽ nhận biết và sử dụng như có 4 nhân đồng thời). • Không hỗ trợ công nghệ EISS. • Cho phép thay đổi hệ số nhân của CPU, điều này giúp các người sử dụng hiểu biết dễ dàng ép xung với CPU mà không phải thay đổi bus hệ thống. Đây là cách lý giải tại sao Pentium EE lại không hỗ trợ công nghệ EISS bởi công nghệ này mâu thuẫn với các hành động ép xung khi chúng tự động giảm hệ số nhân để giảm tốc độ làm việc của hệ thống khi nhu cầu xử lý thấp. So sánh công nghệ Mặc dù AMD không phải là hãng đầu tiên giới thiệu CPU hai nhân, nhưng cấu trúc của CPU hai nhân của AMD đã có nhiều tiến bộ hơn so với các CPU hai nhân ban đầu của Intel (Pentium D). Cấu tạo bên trong của AMD cho phép các nhân có thể trực tiếp liên kết với nhau mà không phải thông qua chipset cầu bắc. Để hạn chế nhược điểm này, Intel đã tăng FSB để gia tăng băng thông giữa CPU và chipset cầu bắc. Tuy nhiên trong giai đoạn này thiết kế CPU đa lõi của AMD vẫn ưu thế hơn Intel ở các điểm sau: • Khác với sự thay đổi cấu trúc của Intel trong CPU hai nhân khiến cho khi nâng cấp hệ thống cần phải thay thế bo mạch chủ do các chipset cũ không 5 hỗ trợ CPU hai nhân mới. Hệ thống của AMD có thể tương thích với hệ thống cũ, người sử dụng có thể cần nâng cấp BIOS để có thể tương thích với CPU hai nhân mới. Socket 939 cho Athlon 64 và Socket 940 cho Opteron vẫn giữ nguyên cho các CPU AMD hai nhân, cùng với các chipset cũ vẫn hỗ trợ bởi sự giao tiếp với CPU không trở thành hai dòng riêng biệt cho mỗi nhân. Đây là ưu điểm thứ nhất của CPU hai nhân AMD thế hệ đầu với Intel. • Khi thiết kế các CPU dòng Athlon 64/Opteron AMD đã có một sự chuẩn bị sẵn cho các thiết kế đa lõi theo định hướng ban đầu của AMD, nên khi các dòng CPU đa lõi ra đời chúng hoàn toàn thích ứng với các tính toán về nhiệt độ của CPU. Sự tác động về nhiệt độ khi tăng thêm một nhân đã ảnh hưởng không nhiều. Ví dụ đa số các CPU hai nhân Athlon 64 X2 của AMD chạy với tần số 2,2 GHz tiêu thụ công suất 89 W cũng bằng với với Athlon 64 đơn nhân hoạt động ở tần số 2,4 GHz. So sánh giữa một CPU hai nhân nóng nhất của AMD khi hoạt động ở tốc độ 2,2 đến 2,4 GHz tiêu thụ công suất 110 W với một CPU hai nhân của Intel như Pentium Extreme Edition tiêu thụ công suất 130 W sẽ thấy một ưu điểm thứ hai của CPU hai nhân hãng AMD so với Intel. Mặc dù tốc độ xử lý thực của các CPU hai nhân AMD thường thấp hơn CPU Intel, tuy nhiên một số kết quả kiểm tra, đánh giá hiệu năng bằng các phần mềm chuyên dụng (phần mềm benchmark) cho thấy hiệu năng của các CPU hai nhân hãng AMD cao hơn hiệu năng các CPU hai nhân của Intel ở những phiên bản đầu tiên. Nhiều overclocker và người dùng thông thường từng sử dụng hai loại CPU của các hãng này cũng có nhận xét tương tự. 6 1.1.3.2. Các thế hệ kế tiếp: Core Duo và Core 2 Duo của Intel: Core Duo là công nghệ tiếp theo của các CPU hai nhân đầu tiên (Pentium D, Pentium EE) của Intel sử dụng vi cấu trúc core mang lại nhiều cải tiến hơn. CPU Core Duo được sản xuất không được bao lâu thì Intel đã chuyển sang sản xuất dòng Core 2 Duo với thêm các cải tiến mới mà được đánh giá là một bước ngoặt trong ngành chế tạo bộ vi xử lý . Vi cấu trúc core có các cải tiến sau: • Mở rộng thực thi động (Wide Dynamic Execution): Đã được sử dụng ở các CPU thế hệ thứ 6 (Pentium Pro, Pentium II, Pentium III ) được cải tiến giúp tiên đoán nhanh và sâu, chính xác hơn. • Quản lý điện năng thông minh (Intelligent Power Capability) cho phép tắt các hệ thống con trong CPU khi không sử dụng đến để tiết kiệm năng lượng, tuy nhiên chúng có thể ngay lập tức được kích hoạt để hoạt động trở lại khi có các yêu cầu về xử lý lớn và cần thiết đến chúng. • Mở rộng bộ nhớ đệm thông minh tiên tiến (Advanced Smart Cache) thay vì mỗi nhân sử dụng một cache riêng biệt trong cấu trúc của Pentium D thì nay Intel cải tiến để cả hai nhân đều có thể dụng chung cache L2. • Truy xuất bộ nhớ thông minh (Smart Memory Access) • Tăng tốc phương tiện số tiên tiến (Advanced Digital Media Boost) giúp tăng tốc thực thi tập lệnh SEE (Streaming SIMD Extension), cho phép hỗ trợ các phép toán 128 bit, tức là gấp đôi so với các CPU cũ cùng hãng. Ngay sau khi ra đời thì Core 2 Duo của Intel đã đánh bại đối thủ cạnh tranh truyền thống của mình là AMD. Cùng với lộ trình giảm giá các loại sản phẩm Pentium D, Core Duo, Intel đã lấy lại uy tín và dành lại thị phần của mình sau loạt sản phẩm CPU hai nhân thế hệ đầu yếu thế hơn so với các CPU hai nhân Althon 64 X2 của AMD. 7 1.1.3.3. CPU ba nhân: Có thể có CPU ba nhân hay không ? Thực tế ngoài CPU đơn nhân các hãng thường sản xuất loại đa lõi với số nhân là số chẵn, điều này dường như logic hơn khi mà thiết đặt các nhân có tính chất đối xứng ở một tấm đế hình vuông. CPU ba nhân đầu tiên trên thế giới này có mã hiệu Toliman, chúng không phải là một thiết kế mới ba nhân trên một đế, mà là một CPU bốn nhân đã được cắt bớt đi một nhân. Nó sẽ tích hợp một điều khiển DDR2, giao diện Hypertransport 3.0, mỗi nhân sử dụng một cache L2 riêng biệt với 512 KB dung lượng. CPU cache L3 với dung lượng 2 MB. 1.1.3.4. CPU bốn nhân Với sự phát triển rất nhanh của công nghệ, chỉ một thời gian ngắn, các hãng sản xuất CPU đã cho ra đời loại bốn nhân dành cho cả dòng máy tính cá nhân để bàn và các máy trạm, máy chủ. Tuy hiện nay các phần mềm hỗ trợ chưa nhiều, đa phần người sử dụng còn chưa nâng cấp lên loại CPU hai nhân thì các hãng đã bắt đầu giảm giá thành sản phẩm để cạnh tranh và hấp dẫn người sử dụng. Với sự ra đời của 6 bộ vi xử lý bốn nhân Quad-Core Xeon dòng 7300, cho đến thời điểm quý IV năm 2007, Intel đã hoàn chỉnh kế hoạch chuyển các CPU của mình sang vi kiến trúc core chỉ sau chưa đầy 15 tháng xuất hiện. Những CPU bốn nhân đầu tiên của Intel lại được ghép nối hai CPU hai nhân thành một CPU bốn nhân và AMD lại vẫn phát triển theo hướng bốn nhân độc lập. Trong cuộc cạnh tranh giữa hai hãng sản xuất CPU cho máy tính cá nhân giữa hai hãng sản xuất hàng đầu Intel và AMD thì cho đến nay Intel đang tạm dẫn trước, bỏ rơi đối thủ AMD sau khi ứng dụng vi kiến trúc core và các loại CPU sau đó - đặc biệt là phát triển đến các dòng CPU bốn nhân. Kết quả so sánh giữa các CPU của hai hãng trên phần mềm benchmark bằng PCMark 05 so sánh bốn loại CPU bốn nhân của cả hai hãng cho thấy với cùng cấp độ thì các cặp CPU của Intel 8 có điểm số cao hơn so với cặp CPU của AMD. Các kết quả thử nghiệm mới nhất trong thời điểm hiện tại (đầu năm 2008) cũng chưa cho thấy AMD có sự bứt phá như đã từng thành công với các loại CPU hai nhân thế hệ đầu tiên. Cho đến cuối năm 2007, AMD đã đưa ra thị trường hai CPU bốn nhân dòng Phenom có số hiệu 9500 và 9600. Hai CPU này chỉ khác nhau ở tần số làm việc (tương ứng với 2,2 Ghz và 2,3 Ghz), còn lại các thông số như sau: 1.1.3.5. CPU tám nhân Khi mà hai hãng AMD và Intel đang cạnh tranh nhau cung cấp các CPU cho nhiều loại máy tính thông dụng thì các hãng khác như Sun Microsystems cũng tập trung vào các sản phẩm CPU đa lõi dành cho thị trường máy chủ và thiết bị viễn thông (router, switch và các thiết bị hạ tầng viễn thông khác). Sun giới thiệu CPU UltraSPARC T2 tên mã là Niagara II với 8 nhân mà theo như quảng cáo của họ rằng bộ xử lý này có khả năng dành cho những “hệ thống máy chủ trên một chip”. Sun Microsystems trả lời những khách hàng phàn nàn về sự yếu kém trong thiết kế các CPU bằng một sản phẩm có thể đồng thời xử lý 64 tập lệnh trên 8 nhân với mỗi nhân có thể xử lý tám tập lệnh đồng thời, tức là cải tiến gấp đôi số tập lệnh so với thế hệ Niagara I. Tuy nhiên ở các thử nghiệm cho thấy rằng CPU này không phải là mạnh nhất so với các CPU hàng đầu hiện nay ngay ở thời điểm quý III năm 2007. Hai hãng AMD và Intel chưa ra mắt các CPU 8 nhân của mình cho đến thời điểm đầu năm 2008, nhưng nhiều người vẫn cho rằng hai hãng này đang tích cực chuẩn bị cho nó. Một số nhà phân tích nhận định rằng rất có thể AMD sẽ chạm đích trong cuộc đua thời điểm giới thiệu bộ xử lý tám nhân so với Intel trong quá trình cạnh tranh giữa hai hãng . 1.1.3.6. CPU công nghệ nano Trước đây thì chỉ có các “siêu máy tính” hoặc các hệ thống máy tính lớn sử dụng nhiều CPU mới có khả năng xử lý mạnh mẽ với hàng nghìn tỷ phép tính mỗi 9 giây. Người sử dụng máy tính cá nhân để bàn hiện nay có thể hoàn toàn chạm tới các tốc độ tính toán đó khi mà Intel đưa ra các CPU đa lõi trong tương lai. Hiện tại Intel đang thử nghiệm chế tạo các CPU có chứa đến 80 nhân nhưng chưa có kế hoạch tung chúng ra thị trường. Các chuyên gia nghiên cứu tại Đại học Tokyo (Nhật Bản) còn công bố một CPU chứa đến 512 nhân có xung nhịp 500 Mhz với kích thước 17x17 mm với 300 triệu transistor, tiêu thụ công suất chỉ 60 W để phục vụ dự phòng cho các máy chủ. Những điều này cho thấy rằng công nghệ CPU đa lõi trong tương lai sẽ rất có triển vọng. Trở ngại lớn nhất của sự phát triển CPU đa lõi là các kích thước vật lý của các linh kiện chứa trong lòng nó. Kích thước transistor, tiết diện dây dẫn nội bộ là những thành phần cơ bản gây cản trở sự phát triển của các CPU đa lõi, mỗi hãng đều có các công nghệ sản xuất riêng để làm nhỏ kích thước của chúng. Những công nghệ mới gần đây đã có thể giúp tích hợp trên 2 tỷ transistor trong cùng một CPU. Công nghệ chế tạo CPU đã tiến đến mức 32 nm (được công bố bởi Intel) và còn tiếp tục nhỏ hơn nữa (tuy hiện nay nhiều hãng sản xuất vẫn mới áp dụng rộng rãi công nghệ 65 nm và chỉ một số CPU sản xuất trên công nghệ 45 nm). 1.2. CHIP ĐA LÕI VÀ ỨNG DỤNG 1.2.1. Đa lõi và bản quyền phần mềm Trước đây, các phiên bản hệ điều hành cho các máy chủ thường được phân biệt sử dụng cho một hoặc nhiều hơn một CPU mà tuỳ theo số lượng CPU mà có giá bán khác nhau. Tuy nhiên, hãng phần mềm Microsoft đã không yêu cầu người sử dụng trả thêm chi phí cho các hệ điều hành Windows các phiên bản được sử dụng các bộ xử lý đa lõi cho đến đầu năm 2008. Cách tính số lượng CPU của hãng này vẫn tính trên số lượng CPU vật lý, như vậy cho dù một máy chủ sử dụng duy nhất một CPU có 10 bốn nhân, tám nhân hay nhiều hơn nữa thì cũng chỉ phải trả chi phí cho hệ điều hành bằng mức như với một CPU đơn nhân. Mặc dù các bộ xử lý đa lõi đã xuất hiện từ rất lâu, nhưng đến nay chưa thấy các phần mềm thông dụng có sự chênh lệch nhau về giá bán giữa các phiên bản sử dụng cho CPU đơn nhân và đa lõi. Tuy nhiên, trong những thời gian kế tiếp có thể một số hãng phần mềm sẽ liên kết với nhau cùng tăng giá các phần mềm sử dụng trên những hệ thống máy tính sử dụng CPU đa lõi trong vòng một vài năm tới. Có thể điều này sẽ trở thành tất yếu khi mà công nghệ CPU đa lõi phát triển đến mỗi một CPU vật lý chứa rất nhiều nhân trong nó, và các phần mềm được thiết kế tối ưu cho chúng. 1.2.2. Tương thích với phần cứng Trong mục CPU đa lõi thế hệ đầu tiên ta nhận thấy vấn đề tương thích của các CPU đa lõi với hệ thống phần cứng không hề đơn giản. Một số CPU đa lõi thế hệ đầu của AMD có thể tương thích với bo mạch chủ cũ dành cho các CPU một nhân trước khi chúng ra đời, các CPU đa lõi của Intel thì hoàn toàn không tương thích với các bo mạch chủ sử dụng chipset cũ nếu chúng không được thiết kế lại hoặc cho ra đời phiên bản khác. Các thế hệ hai nhân, bốn nhân kế tiếp ra đời thì AMD không còn giữ được lợi thế về sự nâng cấp hệ thống mà không cần thay đổi bo mạch chủ nữa. Người sử dụng muốn nâng cấp lên CPU đa lõi cần phải thay thế nhiều thiết bị phần cứng khác để phù hợp với chúng. • Bo mạch chủ là thiết bị phải thay thế đầu tiên bởi các cấu trúc mới không còn được sự hỗ trợ của chipset thế hệ cũ. • Bộ nhớ RAM cũng có sự thay đổi khi thay thế sang loại CPU đa lõi, chúng thường là loại DDR2 thay thế cho thế hệ DDR đầu tiên để đáp ứng về tốc độ cho các thế hệ CPU mới. [...]... m nâng cao hi u năng c a các h th ng máy tính V i xu th phát tri n c a công ngh vi x lý a lõi là ti p t c tăng s lư ng lõi CPU trên m t chip, nhưng cũng làm gia tăng tính ph c t p c a t ch c cache, s c p cache, c u trúc m ng k t n i gi a các cache, tăng gánh n ng cho b x lý và bus b nh Hi u năng c a h th ng vi x lý a lõi, a lu ng ph thu c r t nhi u vào s lư ng lõi, s lu ng trong m i lõi, t ch c cache,... ngói l p (tiles) Ki n trúc a lõi ki u ngói l p (tiles) là ki n trúc khá ph bi n trong các ch t o chip a lõi hi n nay Chúng cho phép t n vài trăm lõi x lý trong m t chip Hình 1.4 là ví d chip a lõi ki u ngói l p v i 16 ngói (tiles) trên chip M i tile g m core ( ng l nh), caches, chuy n m ch/ nh tuy n trên interconnect gi a các lõi Thư ng m i lõi có L1 và L2 caches riêng Chip a x lý a lõi a lu ng, s d ng... và c u trúc m ng k t n i bên trong gi a các c p cache này, ã gây nên nh ng h n ch i u áng k cho ki n trúc vi x lý a lõi, a lu ng Các chip vi x lý a lõi a lu ng yêu c u phân c p cache qu n lý tr và băng thông Chúng có th có 2 c p cache, ho c 3 c p cache (hình 1.1) Trên m i lõi thư ng có L1cache riêng, L2 cache và L3 cache có th là riêng hay chia s , và b nh chính luôn luôn ư c chia s và m i lõi Các... xây ng cho các thành ph n x lý có ưu vi t hơn b i tính linh ho t và nhi u kh năng ch n l a k t n i 1.4 K T LU N CHƯƠNG Chương này giúp ta làm quen v i khái ni m c a vi x lý a lõi, các th h c a vi x lý a lõi và nh ng s n ph m tiêu bi u c a nh ng nhà s n xu t hàng u th gi i như Intel, AMD, Sun Microsoft System Ngoài ra còn cho th y nh ng mô hình m ng liên k t trong vi x lý a lõi t ơn gi n nh ng ph n sau... khác nhau, t ng hi u năng c a m t b vi x lý a lõi a lu ng có th suy gi m do các xung t gi a các các lu ng trong không gian cache 12 chia s , m t lu ng c a m t lõi có th truy xu t các d li u c a m t lu ng khác và th i gian th c hi n c a nó tr nên dài hơn so v i cache riêng Hình 1.2: Chip a lõi có L2 chia s Hình 1.3: Chip a lõi có L2 riêng Hình 1.4: Ki n trúc ki u ngói l p c a chip a lõi (tiled architecture)... 1.3 th hi n chip a lõi v i 2 c p cache: L2 chia s hay L2 riêng cho t ng lõi 11 Hình 1.1: Các ki n trúc c a chip a lõi ng d ng chung Cache riêng l có l i th : chúng g n lõi, do ó truy c p nhanh hơn, và làm gi m tranh ch p Ngoài ra, cache riêng cũng có ư c v trí kho ng cách t t hơn, như t t c các d li u c n thi t qua lõi luôn ư c ưa vào cache c a lõi Cache riêng d dàng t ư c hi u năng hơn cache chia... th ư c x lý tu n t theo t , bit theo bit trong b x lý hay máy tính, thì b x lý hay máy tính ó g i là b x lý hay máy tính tu n t (sequential), hay ơn x lý (uniprocessor) • N u ư c phân chia thành nh ng ph n con có kích thư c x p x nhau: T1, T2, T3, …TN và t t c các thành ph n con này ư c x lý hi n song song) thì t c ng th i (th c th c hi n nhi m v T nhanh g p N l n và b x lý (máy tính) có ch c năng th... theo thu t toán song song trên n b x lý g m có hai thành ph n chính: th i gian tính c c b T L th c hi n k = N/n phép c ng ng th i trên n b x lý Có th vi t T L = K1N/n, trong ó, K1 là m t h ng s ph thu c vào th i gian c ng và lưu gi trên m t b x lý Thành ph n th hai c a T(n) là th i gian TC (th i gian truy n thông) là th i gian g i d li u trung gian qua (n-1) phép c ng Có th vi t TC = K2 (n1), trong... lo i 24 chân ph n cung c p i n năng cho bo m ch ch Riêng ph n cung c p ngu n cho CPU trư c ây thư ng s d ng m t k t n i 4 chân thì v i các h th ng m i có th • Bo m ch òi h i k t n i 8 chân ho ph i thay i n u h th ng cũ s d ng giao ti p AGP Toàn b các bo m ch ch th h m i u s d ng khe PCI Express X16 1.3 KI N TRÚC CHIP A LÕI 1.3.1 Ki n trúc chip a lõi a lu ng Ki n trúc a lõi, a lu ng là m t trong nh ng... chip a lõi (tiled architecture) v i 16 tiles 1.3.2 M ng liên k t tĩnh các lõi Trong các h th ng a x lý: nhi u chip CPU, ho c chip a lõi x lý, m ng liên k t (interconnect network) các chip CPU (off chip interconnect) và m ng liên k t các lõi trong chip (on chip interconnect) óng vai trò quan tr ng nh hư ng n hi u năng c a h th ng a x lý Các m ng interconnect ư c phân bi t hai lo i: k t n i tĩnh và k t n . đánh giá hiệu năng hiện nay có thể áp dụng cho các kiến trúc vi xử lý đa lõi. III. NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN Trình bày các kiến trúc phổ biến của vi xử lý đa lõi hiện nay, các phương pháp đánh giá. ĐỀ Kiến trúc đa xử lý và vi xử lý đa lõi là những giải pháp công nghệ hiện đại đang được phát triển để nâng cao hiệu suất của các hệ thống máy tính. Kiến trúc đa xử lý có thể cho phép kết nối. về vi xử lý đa lõi Chương 2: Tính toán song song & Luật Amdahl Chương 3: Luật Amdahl cho vi xử lý đa lõi Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng của các mạng liên kết đến hiệu năng của chip đa lõi