Arquiteturas Multicore

(Resenha Capítulo 5)

Introdução

As arquiteturas com um único processador vêm ficando cada vez mais complexas e atingindo o limite de desempenho do hardware, incluindo limites no paralelismo em nível de instrução e limitações de energia. Por isso, têm-se falado bastante nos últimos anos em arquiteturas multicore (ou seja, com mais de uma unidade de processamento) .

Estas arquiteturas exploram a capacidade multithreading dos softwares permitindo que as instruções do programa possam ser executadas por mais de um núcleo simultaneamente. As principais variáveis em uma arquitetura multicore são o numero de processadores no chip, o numero de níveis de memória cache e a extensão que a memória cache é compartilhada. Desta forma existem quatro principais arquiteturas multicore.

A primeira organização possui uma cache L1 dedicada para cada núcleo e cache L2 compartilhada e fora do chip, esta organização é encontrada em alguns chips multicores antigos como o ARM11 MPCore. A segunda organização multicore comumente utilizada possui cache L1 e L2 dedicados para cada núcleo dentro do chip, um exemplo desta arquitetura é a AMD Opteron. A terceira, utilizada pela Core Duo da Intel, possui uma memória cache L1 dedicada e uma L2 compartilhada ambas dentro do chip. A última organização possui três caches L1 e L2 dedicadas a cada núcleo e L3 compartilhada com todos eles. Esta ultima arquitetura é utilizada pelo Core i7 da Intel.

A seguir analisamos as características de processadores que utilizam o conceito de multiprocessamento.

Athlon X2

Uma das maiores vantagens deste processador contra os processadores de dois núcleos da Intel é que o controlador de memória está embutido dentro do processador. Assim, quem controla as memórias e o multiprocessamento é o próprio processador, isso faz que o controlador da placa mãe seja usado apenas para controlar os HDs, as placas de expansão e entre outras aplicações. Isso faz com que se gaste menos na compra da placa mãe e não seja necessário a trocar a placa mãe quando for colocar memórias com clock maiores. Apesar de não ter o melhor processador, a AMD possui processadores de dois núcleos com ótimo custo-benefício.

Os modelos mais modernos deste processador possuem clock de 3200 MHz, duas memórias cache L1 de 64 KB dedicadas, uma memória cache L2 de até 1 MB compartilhada e tecnologia de construção de transistores de 65 nm. Obedecendo, assim, a terceira arquitetura descrita no tópico acima.

Intel Core Duo

                Foi introduzido em 2006, implementando dos processadores x86 superescalares com uma cache L2 compartilhada (terceira arquitetura descrita na Introdução). Cada processador possui a sua memória cache L1 dedicada com 32 KB para instruções e 32 KB para dados.

                Cada núcleo possui uma unidade de controle térmico projetada para gerenciar a dissipação de calor do chip, maximizando o desempenho do processador dentro das restrições térmicas. Além disso, este processador possui uma complexa lógica de gerenciamento de energia e um controlador programável avançado de interrupções (APIC) que executa tarefas como: escalonamento de interrupções de E/S para o núcleo adequado, uso de temporizador que pode ser usado pelo SO para gerar interrupção no núcleo local e interrupções entre processadores.

                O chip Core Duo inclui uma cache L2 de 2 MB compartilhada. A lógica desta cache permite alocação dinâmica do espaço da cache com base nas necessidades atuais do núcleo, de tal forma que a um núcleo possa ser atribuído até 100% da cache L2. O controlador da cache L2 permite que o sistema diferencie entre uma situação onde os dados são compartilhados entre dois núcleos locais.

Embora o uso de múltiplos processadores ser, teoricamente, mais eficiente quando comparado a um computador de um único núcleo, escrever programas que tiram vantagem de vários processadores (programação paralela) possui certa complexidade. Mesmo assim, a tendência é que a quantidade de núcleos dentro do processador aumente mais nos próximos anos.

Principais Referências:

• Aschermann, Nikolas & Roberto, Paulo. Arquitetura Multicore. Universidade Estadual de Campina. Capinas, SP.
• Stallings William. Arquitetura e Organização de Computadores. 8ª ed. 2010.
• Tecnologia Multicore Intel@. Disponível em: <http://www.intel.com/portugues/multi-core/index.htm>