Moore's Law - /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim

Präsentation zum Thema: "Moore's Law - /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim"—  Präsentation transkript:

1 Moore's Law - /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim
was kann man bloss mit Milliarden Transistoren anstellen? Konrad Froitzheim, TU Freiberg, Germany The complexity for minimum component costs has increased at a rate of roughly a factor of two per year ... Over the longer term, the rate of increase is a bit more uncertain, although there is no reason to believe it will not remain nearly constant for at least 10 years. That means by 1975, the number of components per integrated circuit for minimum cost will be 65,000. [Gordon Moore, 1965]

2 /Elektronik/Schalten
Rechnen, Speichern, Transportieren Logische Funktionen AND, OR, XOR NOT NAND Boolsche Algebra Rechnen mit True und False (1 und 0) Logische Formeln Formelmanipulation Addition Summe = AB v AB, Übertrag = AB Andere Rechenarten a-b = a+(-b) n*a = a+a+…+a a/b = a-b-b-…-b grün gelb rot fahren bremsen A B Ü S

3 /Elektronik/Transistor
Transistoren elektronische Schalter Verstärkungsfunktion Feldeffekttransistor Gate-Source Spannung erzeugt Feld Feld kontrolliert Drain-Source Kanal UGS steigt -> IDS steigt exponentiell CMOS: Complementary Metal-Oxide-Silicon NAND: 4 FET-Transistoren

4 /Elektronik/Integration
Integrierte Schaltkreise [Kilby; Moore, Grove] viele Halbleiter auf einem Silizium-Stück (Chip) Verdrahtung und Plazierung viele Chips auf einem Wafer {Beschichten, Belichten, Ätzen, Polieren} Strukturgröße

5 /Elektronik/Prädiktion
Moore's Law ~ 18 Monate: Packungsdichte verdoppelt 2007: 45 nm Strukturgröße Extrapolation Tukwila, 2009, 2*109 Transistoren Larrabee, 2009, 24 'einfache' Kerne 80 Kerne auf einem Chip: 2010? Grenzen exponentielle Verkleinerung? Atomgrösse, Quanteneffekte, … Alternative: Verbrauchseffizienz Atom [Intel], ARM, PowerPC [IBM] konstante Anzahl Transistoren sinkend: Preis, Grösse, Stromverbrauch

6 /Computerarchitektur
Von-Nemann (SISD) Steuerwerk, ALU Speicher Ein/Ausgabe SIMD Single Instruction Multiple Data Vektorrechner MMX, SS*E, AltiVec MIMD Multiple Instruction

7 /Computerarchitektur/Optionen
System on a Chip (SOC) Totalintegration Prozessor, Speicher Peripherie: Grafik, Netz Solid-State-Disk Tegra [NVIDIA], Atom [Intel] Multicore klassischer Aufbau des Prozessors 64, 1024 Kerne Spezial-Kerne: Video, Grafik, Physics-Engine NUMA: Non-Uniform Memory Access Cell: 1 PPC, 8 SPEs

8 Was wollen wir mit Computern machen? Steuern und Regeln
/Zwischenfrage Was wollen wir mit Computern machen? Steuern und Regeln Embedded sparsam, klein, sicher Information und Kommunikation Web, suchen Schwerpunkt Netzwerk zentrale Rechenleistung Simulation Prozesse: Physik, Chemie, … Supercomputer Unterhaltung Spiele Video Visualisierung Auflösung, Photorealismus, Framerate, 3D

9 Software wird schneller langsam als Hardware schneller wird
/Software/Optionen Software wird schneller langsam als Hardware schneller wird [Martin Reiser, IBM] Grove giveth, and Gates taketh away Aufgabenverteilung verschiedene Aufgaben verschiedene Prozessoren Parallele Algorithmen Nebenläufigkeit Voraussetzung: Aufgabe teilbar Teilprobleme möglichst unabhängig Speedup 10 CPUs => zehnmal schneller? Speicherengpass Kommunikation, Synchronisation

10 /Software/Parallelisierung
Klassische Aufgaben viele gleichartige Teilprobleme wenig Beziehungen zwischen Teilproblemen Simulationen physikalischer Prozesse Wetterbericht, … Mustererkennung Visualisierung: GPU bzw. CPU nVidia, ATI, Intel viele gleichförmige Operationen GF 8800GTS: 0,625 Teraflop Larrabee Herausforderung viele ungleiche Aufgaben Kommunikation: Datenaustausch Synchronisation: Warten auf Andere

11 /Software/Parallelisierung/Ansätze
Grand Central [Apple] OSX verteilt Tasks Tasks anmelden, Abhängigkeiten Cuda [NVIDIA] Compute Unified Device Architecture C-API für GF8, GF9 Shader-Implementierungen FFT, DWT, Matrixmultiplikation, … Matlab Ct [Intel]: C for throughput computing C++ TVEC: komplexe numerisch-parallele Datentypen Threading Runtime TRT Programmierer benutzt spawn(Funktion, Daten) und join TRT verteilt zur Laufzeit auf Kerne TRT überwacht Datenübergabe

12 Ubiquitous Computing [Marc Weiser]
/The Next Big Thing Visualisierung 1024*768, 1440*900, 1920*1200 Mersive.com: 35 MPixel 3D Bilder virtuelle Realität Kommunikation natürliche Interaktion allgegenwärtig Assistenz erkennen verstehen Ubiquitous Computing [Marc Weiser] wie Papier Computer in allem