EPIC, IA-64 und Itanium Eine Kurzpräsentation von Jan Hübbers bei Prof. Dr.-Ing. Risse im Fach Labor Rechnerstrukturen an der Hochschule Bremen 12.12.2002.

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1 EPIC, IA-64 und Itanium Eine Kurzpräsentation von Jan Hübbers bei Prof. Dr.-Ing. Risse im Fach Labor Rechnerstrukturen an der Hochschule Bremen 12.12.2002

2 Zielsetzung des Itaniums Parallelität ohne Laufzeit Overhead Minimierung von Latenzzeiten Überwindung von Ressourcenknappheit

3 Was ist EPIC? (1) Explicit Parallel Instruction Computing Compiler findet parallelisierbare Instruktionen (ILP, Instruction Level Parallelism) Reorganisation des Bytecodes zu parallelen Datenströmen zur Compilerzeit Hohe Ausnutzung der parallelen Funktionseinheiten Mehrere parallele Instruktionen pro Takt

4 Was ist EPIC? (2) Sehr starke Determinierung der Nutzung der Hardware durch den Bytecode Sehr gute Compiler nötig Sehr(!!) gute Assembler-Programmierer nötig Einsparung von komplexer Out Of Order Logik

5 Was ist IA-64? Neues Instuction Set (ISA) von Intel X86 (IA-32) direkt ausgeführt Very Long Instruction Word (VWLI) 128 Bit 3 Instruktionen à 41 Bit + 1 Template à 5 Bit 41 Bit 5 Bit 128 Bit Bundle Instruktion Template

6 IA-64 ISA 3*7 Bit Operanden = 21 Bit 14 Bit Opcode 6 Bit Prädikaten- kombinationen Insgesamt 1 Bundle Group = mehrere Bundles bis Stop-Bit

7 Itanium Pipeline 10-stufig In-Order-Execution 6 parallele Stränge = 2 Bundles

8 Itanium Daten 3 Branch Einheiten 2 Integer Einheiten 2 Integer/Load/Store Einheiten 2 FP Einheiten L1 Cache 16KB+16 KB L2 Cache 96 KB L3 Cache 2 MB / 4 MB on Module 800 MHz 25 Mio. Transistoren

9 Itanium Register 128 generelle Integer Register, 64 Bits breit 128 FP Register, 82 Bits breit 64 1-Bit Prädikat Register 8 Branch Register, 64 Bits breit

10 Itanium Übersicht

11 Verzweigungen Prädikate – Beide Seiten einer Verzweigung ausführen – Nacher die falsche Verwerfen – Vermeidet Misprediction Vorhersage – Statisch durch Programmierer – Dynamisch durch CPU

12 Hinweise & Spekulationen Vorzeitiges Laden/Speichern von Daten Vor Verzweigungen möglich Advanced Load Address Table (ALAT ) verhindert Inkonsistenzen Ebenfalls determiniert (Programmierer / Compiler) Bis hin zu Vorhaltezeit und Ort von Daten

13 Register Rotation (1) Software Pipelining von Schleifen – Enorme Zeitersparnis – Überlappende Schleifendurchläufe – Iteration N benutzt logisch das gleiche Register wie Iteration N+1 – Physikalisch jedoch unterschiedliche Register – Überwachung mit Prädikaten

14 Register Rotation (2) Effizienter Prozedur Wechsel – Rotation bildet einen Stack nach – Kein push/pop nötig Im Falle eines Register-Überlaufs – Register Save Engine (RSE) pusht/popt transparent – Aber CPU stall

15 Fliesskomma Einheit multiply-accumulate (MAC) Integermultiplikation in der FPU – Dedizierte Transfer/Transformationsmodi SIMD in der FPU

16 Speicher Anbindung/Verwaltung 2^36 Bit phys. Adressen (64 GB) 2,1 GB/s bei 2*133MHz*64 Bit

17 Itanium 2 Bessere Speicheanbindung 6,4 GB/s 2*200MHz*128 Bit L3 Cache on Die 8 Pipeline Stufen 2^44 Bit phys. adressierbar (18 TB)

18 Betriebssysteme MS.NET Server HP-UX Linux – 64 (Trillian)

19 Mögliche Anwendungen Wissenschaftliche Bereiche – Starke FPU Grosse Datenbanken – Grosser Speicherbereich

20 Betriebsarten 64-Bit Modus – Für 64-Bit OS – IA-64 Befehlssatz – IA-32 real mode, IA-32 V86 mode, IA-32 protected mode – Von IA-32 Modi kann IA-64 aufgerufen werden 32-Bit Modus – Für 32-Bit OS PA-RISC Emulation

21 Pro und Contra Pro – Weg von x86 – Großer adressierbarer Speicherbereich – Ausnutzung von Parallelität Contra – Zu neu – Migration nicht zwingend – 64-Bit Software nicht ausgereift – I/O Performance nicht so toll

22 Ausblick Itanium 1 war ein Flopp Itanium 2 tut sich schwer Opteron zZ attraktiver Allerdings ist zB HP hinter Itanium.Net Server für IA-64 Langfristig setzt sich IA-64 gegen x86-64 durch