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Moore's Law - was kann man bloss mit Milliarden Transistoren anstellen? Konrad Froitzheim, TU Freiberg, Germany The complexity for minimum.

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Präsentation zum Thema: "Moore's Law - was kann man bloss mit Milliarden Transistoren anstellen? Konrad Froitzheim, TU Freiberg, Germany The complexity for minimum."—  Präsentation transkript:

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

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 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /Elektronik/Transistor Transistoren –elektronische Schalter –Verstärkungsfunktion Feldeffekttransistor –Gate-Source Spannung erzeugt Feld –Feld kontrolliert Drain-Source Kanal –U GS steigt -> I DS steigt exponentiell CMOS: Complementary Metal-Oxide-Silicon –NAND: 4 FET-Transistoren

4 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /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 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /Elektronik/Prädiktion Moore's Law –~ 18 Monate: Packungsdichte verdoppelt –2007: 45 nm Strukturgröße Extrapolation –Tukwila, 2009, 2*10 9 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 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /Computerarchitektur Von-Nemann (SISD) –Steuerwerk, ALU –Speicher –Ein/Ausgabe SIMD –Single Instruction –Multiple Data –Vektorrechner –MMX, SS*E, AltiVec MIMD –Multiple Instruction –Multiple Data

7 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /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 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /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 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /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 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /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 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /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 /TU Freiberg/Internet Multimedia/Konrad Froitzheim /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


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