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2. 背景と動機 (続き)
2.4 スカラ性能
- マイクロプロセッサの整数性能は、10年間では100倍以上増加した。
- しかし、マイクロアーキテクチャ要因の性能向上はわずかでしかない。
- 表2.1 SGIのQED R5000マイクロプロセッサとMIPS R10000マイクロプロセッサの性能比較
- R5000 インオーダ・2命令発行スーパスカラプロセッサ
- R10000 アウトオブオーダ・4命令発行スーパスカラプロセッサ
- レジスタリネーム・アウトオブオーダ実行・投機実行・ノンブロックキャッシュ
- CPUコアの面積比較をすると、約5倍に増加する (162mm2)
- 122$\text{mm}^2$：命令フェッチ・デコード・レジスタリネーム・命令ウィンドウ
- 40$\text{mm}^2$：整数・浮動小数点パス
- つまり、スーパースカラ・マイクロアーキテクチャのために大面積を大きく使うと、これらのコードからILPを抽出することが困難なため、性能面での見返りが小さくなる。
| |
SGI O2 R5000 SC |
SGI Origin 2000 |
比率 |
| Processor |
R5000 |
R10000 |
|
| クロック周波数 (MHz) |
180 |
180 |
1.0 |
| ISA |
MIPS-IV |
MIPS-IV |
|
| Process Technology (um) |
0.35 |
0.35 |
|
| メタルレイヤ |
3 |
4 |
1.33 |
| ポリシリコンレイヤ |
1 |
1 |
1.0 |
| 全体ダイ面積 (mm2) |
87 |
298 |
3.43 |
| CPUダイ面積 (mm2) |
~33 |
~162 |
4.9 |
| 電源供給 (V) |
3.3 |
3.3 |
|
| 200MHz動作時の最大消費電力 |
10 |
30 |
3 |
| アウトオブオーダ実行 |
No |
Yes |
|
| 分岐予測 |
No |
Yes |
|
| L1キャッシュ (I/D KB) |
32/32 |
32/32 |
|
| L1構成 |
2-way |
2-way |
|
| L1ノンブロッキングキャッシュ |
No |
Yes |
|
| サイクル当たりの整数命令実行 |
1 |
3 |
3 |
| |
|
|
|
| SPECInt95 (Peak) |
4.82 |
8.59 |
1.78 |
| SPECInt95 (Base) |
4.76 |
7.85 |
1.65 |
2.4.1 ベクトルスーパコンピュータのスカラ性能
- ベクトル型スーパコンピュータのスカラ性能は、マイクロプロセッサのものよりもゆっくりと性能向上した。
- Cray C90 (240MHz)ベクトルスーパコンピュータ と Alpha 21164 (300MHz)マイクロプロセッサ
- 非ベクトル化コードにおいてはAlphaの方が5倍高速である
- C90
- キャッシュミスのレイテンシが見える
- 1命令発行
- 低密度なゲートアレイ技術で設計されている
- Alpha 21164
- 高いクロック周波数
- 短い演算レイテンシ
- 4命令同時発行
2.4.2 スカラ対ベクトル性能のトレードオフ
- ベクトルアーキテクチャをCMOSプロセスで設計した場合
- 好かれ性能を向上させるための面積が、ベクトルユニットの面積に奪われてしまう
- だったら、ベクトルユニットを追加してデータレベル並列性を追加した方がマシである。
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