Processeurs: intérêt des architectures multicores

[invite27934a1f]

Salut,

Depuis quelques temps la mode chez les fondeurs est au multicore partout...

Mais je me demande si ces procos ont un intérêt réel. Donc je me suis documenté un peu sur wikipedia mais tous ces articles restent un peu obscures pour le biologiste que je suis...

Donc voila, à propos du pipelinning.
Comment fait-on pour obtenir un pipeline de profondeur supérieur à 5? (je dis 5 parce que dans les exemples précédents, chaque instruction nécessite 5 cycles d'horloge). Et d'ailleurs, comment fait un ALU pour exécuter 5 opérations à la fois?
Pour les procos superscalaires, faut bien un ALU par degré, c'est ça?

Ensuite à propos du multi-threading:
il faut bien un ALU par thread, c'est bien ça? (chaque ALU pouvant être pipeliné?) ou c'est juste une histoire de registres (caches?) ?

A propos des ALU:
Quand on dit qu'on augmente le nombre de "transistors" d'un proco, en fait, on augmente le nombre d'ALU (et tout ce qui va avec)? (augmenter leur "taille" me paraissant complètement stupide...)

A propos des multicore intel:
Qu'est-ce qui est partagé et qu'est-ce qui ne l'est pas? (Ce qui équivaut à: un core pour intel, c'est quoi?)
Les bus qui interconnectent les 2 procos interconnectent quoi exactement?
Si ces questions sont trop précises (pas forcément documentées publiquement d'ailleurs...), peut-être pourrez-vous me préciser si on peut réellement additionner les fréquences des deux coeur.
Et encore plus loin: Un multicore est surtout doué en parallélisation, c'est bien ça? Pour un prog gourmand en puissance linéaire, ce qui va être déterminant, c'est la fréquence d'un seul core et la profondeur du pipeline?
Donc pour un tel prog, un bon gros P4 serait plus efficace qu'un petit core 2?
Que penser des Quad? (2 core inutiles?)

A propos des multicore AMD:
J'ai entendu qu'ils étaient moins bon que les multicore intel, info ou intox? (Sans troller SVP! )

Question subsidiaire:
Hyper-threading de chez intel c'est juste du marketing?

Bref, tout ça pour savoir si cette mode c'est juste pour respecter la loi de Moore ou si ça a un intérêt réel pour l'utilisateur.

J'ai aussi des questions sur la comparaison CPU/GPU, vaut mieux que je fasse un 2ième sujet?

Voilà, merci beaucoup si vous êtes capable de répondre à certaines de mes questions et comme ça fait presque 3 ans que j'avais pas fréquenté le forum, je ne sais pas s'il y a beaucoup d'éleveurs de trolls dans le coin mais évitez de troller (notamment sur la comparaison intel/AMD)
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[invite4ad25ccf]

Une réponse rapide (car je me suis pas trop documenté sur l'architecture interne des procos, même si je connais un peu la théorie et principes sous jacents).

peut-être pourrez-vous me préciser si on peut réellement additionner les fréquences des deux coeur.

Sur un programme parallélisable (avec un degré généralement supérieur à X+1*, où X représente le nombre de coeurs), on peut grosso modo "additionner les fréquences". Si ton programme n'est pas du tout parallélisable, alors seul un des coeurs sera utilisé, donc pas d'addition.
* Le +1 permet d'occuper le processeur pendant les latences et autres évènements, et permet aussi d'obtenir une assurance qu'au moins X threads sont executés à un instant T.

Un multicore est surtout doué en parallélisation, c'est bien ça ?

Le multicore, c'est doué pour effectuer N tâches en mêmes temps, distinctes (multiprocessus) ou non (processus hautement parallélisé). Ex:
- Un serveur Web utilisera tous les coeurs disponibles poru servir au mieux les clients --> parallélisation
- Tu peux souhaiter encoder une vidéo tout en jouant. Tu assignes un coeur pour l'encodage, un pour le jeu et hop, ni l'un ni l'autre n'est géné par son voisin (bon maintenant les jeux et l'encodage commence à plutot etre bien parallélisé, mais c'est pour l'exemple ).

Pour un prog gourmand en puissance linéaire, ce qui va être déterminant, c'est la fréquence d'un seul core et la profondeur du pipeline?
Donc pour un tel prog, un bon gros P4 serait plus efficace qu'un petit core 2?

Si le P4 a une puissance "brute" meilleure qu'un coeur d'un core 2, oui. Maintenant, les duals core ont parfois leurs coeurs plus puissant qu'un P4, donc ...

A propos des multicore AMD:
J'ai entendu qu'ils étaient moins bon que les multicore intel, info ou intox?

Actuellement, pour des besoins généralistes, oui. Dans certains cas particuliers, AMD va etre meilleur, mais ceux ci sont malheureusement assez rare :s

Hyper-threading de chez intel c'est juste du marketing?

Dans certains cas, on note de belles performances en plus avec l'HT activé (serveur web capable de fournir 15% des clients en plus). Dans d'autres, cela peut être désastreux (perte de 30% de puissance avec l'HT activé pour de l'injection de trafic).

Bref, tout ça pour savoir si cette mode c'est juste pour respecter la loi de Moore ou si ça a un intérêt réel pour l'utilisateur.

Je dirais qu'au début, pour l'utilisateur, ca n'avait quasiment aucun interet. Mais les développeurs commencent à se rendre compte de toute la puissance non utilisée et donc tente de paralléliser un peu leurs programmes. Mais tous ne le font pas, car cela à un cout.

[invite27934a1f]

Merci de ce début de réponse!

Donc en fait, actuellement, un dual core n'a d'intérêt que pour faire tourner 2 grosses appli simultanément ou si on fait tourner un gros prgo parallélisable!

Et du fait tout simple qu'en haut de gamme, y'a plus que ça chez les 2 principaux fondeurs

Je ne fais que récapituler rapidement, donc si vous (cher lecteur ) possédez les réponses aux questions de mon premier post, n'hésitez pas!

Merki!

[invitef50ebce9]

Salut,

Donc voila, à propos du pipelinning.
Comment fait-on pour obtenir un pipeline de profondeur supérieur à 5? (je dis 5 parce que dans les exemples précédents, chaque instruction nécessite 5 cycles d'horloge). Et d'ailleurs, comment fait un ALU pour exécuter 5 opérations à la fois?
Pour les procos superscalaires, faut bien un ALU par degré, c'est ça?

Pipeliner sert à sortir plus de résultats par cycles d'horloges. Par exemple (nombres pris au hasard, c'est juste pour illustrer) un processeur non pipeline traite une instruction A en une seule grosse étape qui va durer par exemple 50ns. Il faudra attendre 50ns pour pouvoir charger l'instruction B, c'est à dire que tu auras un résultat toutes les 50ns. Cela influence grandement la fréquence maximum du processeur : le processeur prendra au moins 50ns pour traiter une instruction, c'est à dire que ça fréquence maximum sera d'environ 20MHz (1/50^-9).
Maintenant tu reprends la même instruction traitée par un processeur pipeline à 5 étages de 10ns chacunes: l'instruction A est chargé dans le premier étage. 10ns plus tard (la durée du traitement de l'instructon et donc d'un cycle d'horloge) elle passe au 2ème étage pendant que l'instruction B entre dans le premier étage, etc etc. Avec cette architecture du peux donc avoir un résultat toutes les 10 ns ce qui est nettement mieux .
De plus cela joue un rôle sur la fréquence maximum du processeur qui passe à environ 100MHz (1/10^-9).

Si les processeurs actuels ont des pipelines qui sont plus profonds que 5 étages c'est car de nouvelles unités sont apparues. Par exemple les unitées de dispatch / scheduling qui servent à nourrir correctement les diverses ALU et FPU des processeurs multiscalaires. Sur un pentium 4 (core Willamette) rien que l'unité d'Out of Order est découpée en plus petites unités pour un totale de 7 étages.
L'unité Out of Order sert à traiter des instructions qui ne sont pas dépendantes des autres instructions en court de traitement par le processeur.
par exemple :
A+3 =B
B+C=C
D-8=D
sur un processeur in order tu es obligé d'attendre que les 2 premiers calculs soient traités avant de passer au 3ème. Avec un processeur Out of order tu n'as pas besoin d'attendre.

Le pentium 4 est le processeur x86 qui a le pipeline le plus grand : 31 étages... mais certains ne font rien du tout comme les étapes Drive: elles servent justes à transmettre le signal et masquer les problèmes d'un pipeline long.

Si un CPU peut traiter plusieurs opérations à la fois c'est justement parce qu'il est multiscalaires c'est à dire qu'il a plusieurs pipeline et un pipeline contient plusieurs unités de calculs (ALU / FPU..). Le nombre d'ALU n'est pas lié au nombre d'étages du pipeline. Dans un CPU l'ALU sert à calculer les nombres entiers (la FPU est chargé des nombres à virgules flottantes ) et ne représente que très peu d'étages dans le pipeline. Dans l'exemple que tu donnes, c'est uniquement le cycle 3 mais sur des processeurs plus récents cette étape comporte plusieurs cycles. Les autres étapes sont traités par d'autres unités du CPU.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef50ebce9]

Ensuite à propos du multi-threading:
il faut bien un ALU par thread, c'est bien ça? (chaque ALU pouvant être pipeliné?) ou c'est juste une histoire de registres (caches?) ?

Il faut faire la distinction entre un programme multithread (Word par exemple) et un processeur capable d'éxécuter plusieurs thread à la fois (Hyperthreading)

En ce qui concerne l'Hyperthreading d'Intel, c'est juste une histoire de registres qui 'switchent' entre différents états selon le thread sur lequel le processeur travaille. Les performances sont nettement moins bonne qu'un processeur dualcore car la plupart des unités sont partagées. Néanmoins l'hyperthreading à l'avantage de couter peu en puissance et en transistors.

A propos des ALU:
Quand on dit qu'on augmente le nombre de "transistors" d'un proco, en fait, on augmente le nombre d'ALU (et tout ce qui va avec)? (augmenter leur "taille" me paraissant complètement stupide...)

On augmente surtout la quantité de mémoire cache (c'est ce qui prend le plus de place, il faut 6 ou 8 transistors pour faire un seul bit de mémoire cache et donc environ 56 millions pour 1Mo...) et depuis 3 ans on augmente le nombre de core.
Augmenter la taille des unités n'est pas du tout stupide tant que tu t'y retrouves au niveau du rendement d'instruction traitée / seconde et que ta puce ne consomme pas trop.

[invitef50ebce9]

A propos des multicore intel:
Qu'est-ce qui est partagé et qu'est-ce qui ne l'est pas? (Ce qui équivaut à: un core pour intel, c'est quoi?)

Un core c'est juste un processeur monocore : des pipelines avec des unités decode, scheduling, ALU, FPU, etc... plus de la mémoire cache.
Tout ce dont on a parlé avant : pipeline, superscalaire, Out of Order sont des technologies que tu rencontres sur des processeurs monocore.
Avec les Pentium D, rien n'était partagé. Les 2 cores communiquaient via le FSB et donc le chipset nord. Il s'agissait d'une simple juxtaposition de 2 processeurs monocores avec leur cache L2 indépendante.
Les cores 2 communique via la mémoire cache L2 qu'ils ont en commun.
Les prochains i7 reprennent l'architecture mémoire des Phenom : cache L2 propre à chaque core plus un gros cache L3 partagé.

Donc en fait, actuellement, un dual core n'a d'intérêt que pour faire tourner 2 grosses appli simultanément ou si on fait tourner un gros prgo parallélisable!

Personnellement je trouve que le dual core apporte un confort d'utilisation nettement supérieur... Faire tourner Vista sur un monocore doit être vraiment un calvaire vu le nombre de threads lancés...
Même au temps de NT4 c'était fréquent de trouver une application qui s'accaparait toute la puissance CPU et ne laissait rien aux autres...
Et puis l'apparition de la vidéo HD nécessite une sacré puissance de calcul pour décoder un signal en 1080p... peut-être qu'un monocore à plus de 4Ghz y arriverait mais visiblement les fondeurs ont du mal à monter en fréquence.

Bon j'ai été un peu brouillon mais si tu as d'autres questions, n'hésite pas. (et pardon pour les multiples fautes d'orthographe ^^)

[invite27934a1f]

Tout d'abord, merci à toi zilog pour tes éclaircissements! j'y vois plus clair (c'est le cas de le dire ) Et désolé de ne pas avoir répondu plus tôt, je viens seulement de récupérer une connexion à internet.

On augmente surtout la quantité de mémoire cache (c'est ce qui prend le plus de place, il faut 6 ou 8 transistors pour faire un seul bit de mémoire cache et donc environ 56 millions pour 1Mo...) et depuis 3 ans on augmente le nombre de core.
Augmenter la taille des unités n'est pas du tout stupide tant que tu t'y retrouves au niveau du rendement d'instruction traitée / seconde et que ta puce ne consomme pas trop.

Augmenter le nombre d'unités ou le nombre de transistors par unité? Parce que ce que je voulais dire c'est que je vois pas l'intérêt d'augmenter le nombre de transistor dans une unité(hors cache), une ALU ou un FPU par exemple.

J'ai récemment acquis un core2 e8200 qui fait tourner une ubuntu hardy de façon plus que satisfaisante. J'avoue que c'est bien plus souple que la même ubuntu hardy qui tourne sur un petit sempron mobile (bon ok, rien qu'un des cores du core2 est plus gros que ce bon vieux sempron, mais c'est ce que j'ai sous la main!)

Et puis l'apparition de la vidéo HD nécessite une sacré puissance de calcul pour décoder un signal en 1080p... peut-être qu'un monocore à plus de 4Ghz y arriverait mais visiblement les fondeurs ont du mal à monter en fréquence.

J'ai eu vent d'un processeur dédié aux netbooks (ces petits pc portable dans la veine de l'eeepc) et qui serait donc de "faible capacité", moins de 2 GHz qui parviendrait à décoder raisonnablement du 1080p... une architecture "dédiée" ou un jeu de chipset survitaminé? Mais bon, j'en vois pas franchement l'utilité... (S'il faut une source précise, je devrais pouvoir retrouver ça en fouillant...)

[invitef50ebce9]

Augmenter le nombre d'unités ou le nombre de transistors par unité? Parce que ce que je voulais dire c'est que je vois pas l'intérêt d'augmenter le nombre de transistor dans une unité(hors cache), une ALU ou un FPU par exemple.

Augmenter le nombre de transistors.
Par exemple les unités FPU/SSE du pentium 4 peuvent calculer sur 64 bits contre 128 bits pour celles du core 2 duo. Il a bien fallu augmenter le nombre de transistors de chaque unité pour qu'elles soient capable de traiter 2 fois plus d'opérations flottantes que celles du Pentium 4. Le principal c'est que l'augmentation des performances est un coût raisonable en nombre de transistors supplémentaires. Maintenant Intel applique une politique encore plus stricte qui consiste aussi à valider une technologie uniquement si l'amélioration des performances est au moins 2 fois plus importante que l'augmentation d'énergie consommée. Si ce n'est pas le cas on s'en passe et c'est pour çà que l'atom est un processeur in-order et non out-of-order.

J'ai eu vent d'un processeur dédié aux netbooks (ces petits pc portable dans la veine de l'eeepc) et qui serait donc de "faible capacité", moins de 2 GHz qui parviendrait à décoder raisonnablement du 1080p... une architecture "dédiée" ou un jeu de chipset survitaminé? Mais bon, j'en vois pas franchement l'utilité... (S'il faut une source précise, je devrais pouvoir retrouver ça en fouillant...)

Oui, c'est le Via nano. Dans le cas du nano une grande partie du travail (décodage) est faite par l'IGP (la partie graphique du chipset) mais il lui reste quand même à décrypter le flux vidéo (sauf si ce sont des fichiers TS). Via prétend qu'un nano à 1.8Ghz est suffisant pour du 1080p mais d'après ce site ce n'est pas vraiment convaincant.

Maintenant en terme de performance il suffit de voir ce qu'AMD met en face du nano à 1.8GHz et de l'atom à 1.6GHz : un athlon 64 à 1GHz. Et même avec l'aide de l'IGP (une HD3200 ici) la lecture HD est impossible :
http://www.presence-pc.com/tests/Ato...ation-22810/8/

Sans l'aide d'IGP / carte graphique ma dernière expérience sur un Athlon 64 à 2.2Ghz n'était pas vraiment concluante, et du 780p sur P4 2.4 est impossible alors... sans même parler de vouloir faire quelque chose d'autre en même temps.
Les IGP et autres cartes graphiques avec des fonctionnalités de décodage H264 sont donc très utiles pour les processeurs monocore et permettent de lire de la HD pour pas trop cher, un sempron couplé à un chipset 780G par exemple :
http://www.tomshardware.com/reviews/...et,1785-3.html

[invite27934a1f]

Merci, zilog! je commence à bien comprendre la structure générale d'un processeur et l'intérêt de multiplier le nombre de transistors.

Maintenant, j'ai une interrogation au sujet d'une comparaison CPU/GPU.

Les deux ont-ils des architectures semblables ou complètement différentes?
Je sais que les GPU ont une très grande capacité de calcul en parallèle. J'imagine donc que CPU et GPU ont désormais tendance à se rapprocher puisque les CPU gagnent en puissance de calcul en parallèle.

J'espère ne pas trop t'embêter avec toutes mes questions mais en tous cas, tes explications m'ont bien aidé!

[invitef50ebce9]

Mais tu ne m'embêtes pas du tout, les fora sont fait pour çà

En ce qui concerne les GPU on peut dire qu'il y a encore quelques années la différence était énorme avec les CPU. Les GPU n'étaient pas programmable (ou très peu) et leur faire faire autre chose que du rendu graphique était impossible. Mais petit à petit, DirectX évoluant, leur flexibilité a progressé pour arriver au premier GPU offrant quelques possibilités : le R580 qui équipe les radeons X1900/X1950.
Sa conception était très abouti pour l'époque et d'un point de vue technique il se rapproche plus d'un GPU directX10 que 9. La grosse différence entre ces 2 versions de l'API de microsoft c'est qu'avant un GPU possédait (entre autre) une partie où était regroupé les unités de calcul des vertex (mise en place des sommets des triangles d'une scène 3D), et une autre partie dédiée aux unités de traitements des pixels shaders (calculs des effets sur les pixels).
Avec les premières puces directX10, ces 2 unités sont unifiés en une seule qui peut traiter à la fois les vertex (mise en place des sommets des triangles d'une scène 3D), pixels et geometry shaders (apparus avec directx10, sert à créer des volumes sur les surfaces).

Une unité d'un GPU est appelé de différentes manières suivant les coups de têtes des marketeux de chez nvidia et ATI ^^.
Qu'ils appellent çà 'processeur de flux', 'shaders processor', 'unités scalaires' ou encore 'core' tu as grosso modo à faire à la même chose : un pipeline très très simple qui comporte très peu de transistors. On peu donc en mettre beaucoup plus ainsi quand Intel et AMD en sont aux Quadcore, ATI dispose de 800 'shaders processor' (160 processeurs vectoriels capablent de traiter jusqu'à 5 opérations à la fois) et nvidia de 240 'cores'.
Chez ATI, il y a 10 multiprocesseurs regroupant 16 processeurs vectoriels et donc 80 unités scalaires. Tandis que chez nvidia on trouve 10 partitions composées de 3 multiprocesseurs de 8 unités scalaires chacun.

La deuxième différence avec les CPU c'est la bande passante mémoire. AMD est en avance sur Intel de ce coté là et propose une bande passante d'environ 20Go/s. A la fin de l'année les 2 concurrents offriront des performances à peu près du même ordre, soit ~25Go/s.
Du coté des GPU le haut de gamme dispose de plus de 100Go/s... circulez il y a rien à voir ^^

En simplifiant à l'extrême, on pourrait comparer un GPU actuel à un ensemble de plusieurs cores CPU très simple, par exemple 24,32 ou même 64 cores de pentium 1, avec une fréquence nettement plus élevé, des capacités en virgules flottantes supérieurs et une énorme bande passante mémoire. La seule différence c'est qu'ils n'emploient pas le même langage.
Cela, c'est ce qu'Intel prépare pour contrer les velléités de nvidia à vouloir 'diversifier ses secteurs d'activités' ^^

[invitef50ebce9]

Suite...
C'est d'ailleurs un affrontement titanesque qui se prépare, digne des IBM vs Microsoft, IBM vs Intel et autre Intel vs AMD. Voici Intel vs nvidia ^^ (et même raytracing vs rasterization)

Pour simplifier Intel veut imposer sa technologie X86 de partout : PC, serveurs, consoles, cartes graphiques et téléphones portables.
Or vu les performances en calculs parallèles des GPUs une grande partie des serveurs pourraient tomber aux mains d'nvidia.
C'est donc pour çà que depuis le début de l'année on assiste à une guerre d'annonce entre les 2 entreprises.
D'un coté nvidia assure que les CPU ne servent plus à rien, de l'autre Intel annonce que son GPU (Larrabee) basé sur des cores X86 et sur le raytracing sera nettement plus simple à programmer que les GPU.

Lequel des 2 a mis le feu aux poudres ?
Ni l'un ni l'autre, c'est AMD... qui comme souvent à de bonnes idées mais n'a pas les moyens financiers de les réaliser.
Juste après avoir racheté ATI en 2006, AMD annonçait que leurs GPUs (les X1900 à l'époque) pouvaient servir à autre chose qu'au rendu graphique et allait proposer un language permettant leur programmation (le CTM). Dans la foulée ils annonçaient la sortie en 2009 d'un processeur embarquant un GPU : le projet Fusion.
Tout était là : ils avaient compris que les GPU étaient devenus des monstres de GFlops et que coupler le CPU et le GPU était aussi évident que d'intégrer une FPU au processeur...

Mais la position d'AMD est plutôt enviable puisqu'ils jouent déjà sur les 2 tableaux tandis qu'Intel fait tout pour débaucher des programmateurs, des concepteurs de moteurs 3D et tenter d'amadouer les fabricants de consoles vidéos pour imposer Larrabee. Du coté d'nvidia on cherche à convaincre les éditeurs de logiciels de se servir de la puissance de leurs GPU tout en ne fermant pas complètement la porte au raytracing, histoire d'avoir une solution de replie si jamais la rasterisation tombait dans l'oublie...

[invite27934a1f]

Quand tu parles de bande passante du processeur, tu veux parler de l'ensemble des bus qui relient le processeur au reste?

A part ça, je crois que j'ai écoulé mon stock de questions sur le sujet.

Très intéressant, la nouvelle guerre nVidia vs Intel alors qu'ils travaillaient plutôt côte à côte jusqu'à maintenant puisque jouant sur deux terrains séparés...

En tous cas, merci pour tes réponses!

[invitef50ebce9]

Quand tu parles de bande passante du processeur, tu veux parler de l'ensemble des bus qui relient le processeur au reste?

Oui, je parle autant du lien entre le processeur et la mémoire (sur les processeurs AMD) que de celui qui relie le processeur au chipset.
L'intégration dans le processeur du contrôleur mémoire sur plusieurs canaux couplé à des bus très rapide comme l'HyperTransport ont permis d'augmenter grandement les débits. Le contrôleur mémoire du core i7 d'intel sera quant à lui connecté au bus Quickpath.

voilà, voilà

[invite27934a1f]

Bon, et bien merci pour toutes ces réponses.

Si j'ai encore des questions sur le sujet, je saurais où aller

[jiherve]

Bonsoir
Le multicoeur c'est la réponse à la limite de fréquence atteinte dans l'industrie du silicium, en fait on réinvente ce qui avait déjà été inventé par Inmos fin 70 début 80 , faire une petite recherche avec Transputer/Occam. A l'époque levée de bouclier de la majorité des softeux qui ne comprenant rien(ça n'a pas vraiment changé) au parallélisme l'on rejeté (30 ans de retard, une paille).
Le raytracing c'était aussi la solution adapté à ce processeur, si ça intéresse j'ai encore la note d'appli d'époque, c'est la solution élégante pour tous les problèmes d'éclairement/réflexion complexes
Une petite précision le parallélisme ne conduit généralement pas à un accroissement de puissance proportionnelle au nombre de processeurs car d'une part la plupart des algo ne sont pas strictement parallélisables et dans une machine // il y a de la com!
Tout le reste c'est de la bidouille standard (pour qui connait un peu l'architecture des processeurs) et surtout du marketing.
pour être complet voir aussi C80 Texas l'ancêtre du SEL!
JR