Organización del Computador I Verano. Rendimiento (2 de 3) Basado en el capítulo 1 del libro de Patterson y Hennessy

Transcripción

1 Organización del Computador I Verano Rendimiento (2 de 3) Basado en el capítulo 1 del libro de Patterson y Hennessy Verano 2014 Profesora Borensztejn

2 Hasta ahora T_ejec ciclos de reloj frecuencia del reloj T_ejec ciclos de reloj*período del reloj T N * CPI * t ciclo T N * CPI * 1 f reloj R A 1 T A RA T B n RB T A Cicloscpu i1 CPI Rendimiento 2 i * C i

3 Otras métricas de Rendimiento: MIPS MIPS N T *10 MIPS original MIPS N N * * CPI f *10 CPI f *10 T N MIPS *10 MIPS es inversamente proporcional al tiempo de ejecución Rendimiento 3

4 MIPS ejemplo 1 (P&H) Two different compilers are being tested for a 500 MHz. machine with three different classes of instructions: Class A, Class B, and Class C, which require one, two, and three cycles (respectively). Both compilers are used to produce code for a large piece of software. The first compiler's code uses 5000 million Class A instructions, 1000 million Class B instructions, and 1000 million Class C instructions. The second compiler's code uses million Class A instructions, 1000 million Class B instructions, and 1000 million Class C instructions. Which sequence will be faster according to MIPS? Which sequence will be faster according to execution time? Rendimiento 4

5 MIPS ejemplo 1 (P&H) Calculamos el Tiempo de Ejecución: ciclos de reloj T_ejec frecuencia del reloj Ciclos cpu n i1 CPI i * C i Ciclos cpu 1 ( 5*11*2 1*3)*10 10* Ciclos cpu T_ejec 2 ( 10*11*2 1*3)*10 15* * *10 20s Rendimiento 5 9 T_ejec * *10 30s De acuerdo al Tiempo de Ejecución, el compilador 1 genera el programa más rápido

6 MIPS ejemplo 1 (P&H) Calculamos MIPS: MIPS MIPS MIPS N T *10 (5 11)*10 20* (10 11)*10 30* De acuerdo a MIPS, el compilador 2 genera el programa más rápido!! Rendimiento

7 MIPS Problemas: Está relacionado con el número de instrucciones, pero no tiene en cuenta las características de dichas instrucciones. Varía para una misma máquina entre programa y programa (igual que el tiempo de ejecución). Puede variar inversamente al rendimiento! (como vimos en el ejemplo) Ventajas: Es intuitivo (mas rápido, más MIPS) y fácil de entender Sirve para comparar dos arquitecturas idénticas (y con programas idénticos). IBM los utilizó para comparar el rendimiento de los IBM 30/370. Rendimiento 7

8 Problema 1 MIPS Se está interesado en 2 realizaciones de una máquina, una con circuitería especial de coma flotante y otra sin ella. Considérese un programa con la siguiente mezcla de operaciones: multiplicación en coma flotante 10% suma en coma flotante 15% división en coma flotante 5% instrucciones de enteros 70% Rendimiento 8

9 Rendimiento Problema 1 MIPS (cont 2) La máquina MCF (Máquina con Coma Flotante) tiene circuitería de coma flotante y puede por lo tanto realizar operaciones de coma flotante directamente. Se requiere el siguiente número de ciclos de reloj para cada tipo de instrucción: multiplicación en coma flotante suma en coma flotante 4 división en coma flotante 20 instrucciones de enteros 2 9

10 Problema 1 MIPS (cont 3) La máquina MSCF (Máquina Sin Coma Flotante) no tiene circuitería de coma flotante y por lo tanto debe emular las operaciones de coma flotante usando instrucciones de enteros. Las instrucciones de enteros necesitan todas 2 ciclos de reloj. El número de instrucciones de enteros necesarias para realizar cada operación de coma flotante es el siguiente: multiplicación en coma flotante 30 suma en coma flotante 20 división en coma flotante 50 Rendmiento 10

11 Problema 1 MIPS (cont 4) Ambas máquinas tienen una frecuencia de reloj de 100 MHz. Busque la tasa de MIPS original para ambas Rendimiento 11

12 MIPS. Problema 1 f La fórmula de MIPS MIPS CPI *10 CPI mcf 0.1* 0.15*4 0.05*20 0.7*2 3. CPI mscf 2 100*10 100*10 MIPS MCF 27.7 MIPS MSCF 50 3.*10 2*10 Rendimiento 12

13 MIPS. Problema 2 Si la máquina MCF necesita 300 millones de instrucciones para un programa, cuántas instrucciones de enteros requerirá la máquina MSCF para el mismo programa? Calcule el Tiempo de Ejecución para las dos máquinas Clase de Instrucciones Multiplicación en CF Frecuencia N en MCF (millones) 10% Suma en CF 15% División en CF 5% N en MSCF Instrucciones de Enteros 70% Total 100% Rendimiento 13

14 MIPS Problema 3 T N MIPS *10 300*10 T MCF 10. 8s 27.8*10 270*10 T MSCF 55. 2s 50*10 Rendimiento 14

15 MIPS. Problema (1,2,3) Resumiendo T MCF 10. 8s T MSCF 55. 2s MIPS MCF MIPS MSCF Estas dos máquinas, tienen la misma o distinta arquitectura? Porqué MIPS no sirve como medida de rendimiento? Rendimiento 15

16 MIPS. Problema (1,2,3) Conclusión: Máquinas con repertorios de instrucciones más complejos tendrán mayor CPI por instrucción, menor MIPS, pero esto no significa que tarden mas en ejecutar el mismo programa. Rendimiento 1

17 Tamaño del código Evaluar el rendimiento sin tener en cuenta el tiempo de ejecución: por ejemplo, usar el tamaño del código para comparar realizaciones con diferentes ISA ( y concluir que la de mejor rendimiento es la que ejecuta código de menor tamaño) Rendimiento 17

18 SPECint SPECfp Frecuencia de Reloj Duplicar la frecuencia de reloj, duplica el rendimiento? Una máquina con un reloj mas lento, puede tener mejor rendimiento? Clock rate (MHz) Pentium Clock rate (MHz) Pentium Pentium Pro Pentium Pro Rendimiento 18

19 Dos observaciones de las gráficas anteriores Pentium Pro a 150 Mhz tiene mejor rendimiento que Pentium con 200 Mhz. El reloj no es lo que determina el rendimiento Pentium Pro tiene mejor organización que Pentium Al duplicar la velocidad del reloj, el rendimiento se incrementa un factor menor Otros factores se convierten en cuello de botella: el sistema de memoria Algunas implementaciones consiguen mejorar el factor de pérdida de rendimiento (Pentium Pro tiene una pendiente mayor que Pentium) Rendimiento 19

20 Ley de Amdahl Supongamos que un programa tarda 100 segundos en ejecutarse, de los cuales 80 corresponden a multiplicaciones. Cuanto tengo que mejorar la velocidad de multiplicación si quiero que mi programa se ejecute 5 veces más rápido? T mejorado T afectado por la mejora Cantidad de Mejora T noafectado por la mejora 80seg 20seg 20seg n 0 80seg n El speedup o incremento de rendimiento está limitado por la proporción en que se utilice la prestación mejorada. Rendimiento 20

21 MIPS de pico Es la medida que se obtiene eligiendo una combinación de instrucciones que minimizan el CPI, aunque dicha combinación de instrucciones sea totalmente inútil. En el ejemplo 1, los MIPS de pico para ambos compiladores son 500 MIPS (a 500 MHZ y con CPI=1) MIPS N N * f * CPI *10 CPI f *10 500* Rendimiento 21

22 Rendimiento de pico Es el nivel de rendimiento que se garantiza que una máquina NO va a exceder Muchísimas veces, este rendimiento está MUY lejos del rendimiento observado. Por lo tanto, no sirve mucho. Medida Cray X- MP Hitachi S810 Rendimiento A(i)=B(i)*C(i)+D(i)*E(i) Vector de 1000 elementos veces 2. s 1.3 s Hitachi es 2 veces más rápida FFT vectorizado 3.9 s 7.7 s Cray es 2 veces más rápida. Rendimiento 22

23 MIPS Relativos Para poder comparar diferentes ISA s. Se elije una máquina de referencia Tiempo dereferencia MIPS relativo * MIPS Tiempo enlamáquina referencia Difícil encontrar una máquina de referencia: durante muchos años se usó el VAX-11 (computador de 1 MIPS). Dhrystone (benchmark sintético) mide MIPS relativos! Rendimiento 23

24 MIPS Relativos en Dhrystone La máquina de referencia es el VAX-11/780, que ejecuta 1757 Dhrystones por segundo. Un dhrystone es una iteración del bucle del programa. El VAX-11/780 es una máquina de 1 MIPS. Por lo tanto, el benchmark Dhrystone devuelve: MIPS relativo dhrystones/seg 1757dhrystones / máquina seg Si el valor resultante fuera 80 MIPS, se lee de la siguiente manera: Es 80 veces más rápido que el VAX-11/780 Rendimiento 24

25 FIN Rendimiento(2)