Многопроцессорная, многоядерная и гиперпоточная

Может ли кто-нибудь рекомендовать мне некоторые документы, чтобы проиллюстрировать различия между многопроцессорными, многоядерными и гиперпоточными? Я всегда смущен этими различиями и про плюсы/минусы каждой архитектуры в разных сценариях.

EDIT: вот мое нынешнее понимание после изучения онлайн и изучения комментариев других; может ли кто-нибудь просмотреть комментарий, пожалуйста?

Я думаю, что hyper-thread - самая уступающая технология среди них, но дешевая. Его основная идея - дублировать регистры, чтобы сохранить время переключения контекста;
Многопроцессор лучше, чем гиперпоток, но поскольку разные процессоры находятся на разных микросхемах, связь между различными процессорами имеет более длительную задержку, чем многоядерность, и с использованием нескольких микросхем, есть больше затрат и больше энергопотребления, чем при использовании многоядерные;
многоядерный процессор объединяет все процессоры на одном чипе, поэтому латентность связи между различными процессорами значительно снижается по сравнению с многопроцессорными. Поскольку он использует один чип для хранения всех процессоров, он потребляет меньше энергии и дешевле, чем многопроцессорная система.

спасибо заранее, Джордж

Ответ 1

Multi-CPU была первой версией: у вас будет одна или несколько материнских плат с одним или несколькими чипами ЦП на них. Основная проблема здесь заключалась в том, что процессоры должны были бы выставить некоторые из своих внутренних данных на другой процессор, чтобы они не мешали им.

Следующий шаг - гиперпоточность. Один чип на материнской плате, но он имел некоторые части дважды внутри, поэтому он мог выполнять две инструкции одновременно.

Текущая разработка является многоядерной. Это в основном оригинальная идея (несколько полных процессоров), но в одном чипе. Преимущество: дизайнеры чипов могут легко поместить дополнительные проводы для сигналов синхронизации в чип (вместо того, чтобы маршрутизировать их на штырь, затем поверх переполненной материнской платы и во второй чип).

Сегодня суперкомпьютеры многопроцессорны, многоядерные: у них много материнских плат с обычно 2-4 процессорами на них, каждый процессор многоядерный и каждый имеет свою собственную RAM.

[РЕДАКТИРОВАТЬ] У тебя это очень хорошо. Всего несколько мелких пунктов:

Hyper-threading отслеживает два контекста сразу в одном ядре, выставляя больше parallelism для ядра процессора вне очереди. Это приводит к тому, что исполнительные блоки питаются от работы, даже когда один поток застопоривается на пропуске кеша, неверно передает ответ или ожидает результатов от команд с высокой задержкой. Это способ получить более полную пропускную способность, не реплицируя много аппаратного обеспечения, но, если угодно, это замедляет каждый поток по отдельности. Подробнее см. в этом Q & A и объяснение того, что было не так с предыдущей формулировкой этого параграфа.
Основная проблема с многопроцессорным процессором заключается в том, что запущенный на них код, в конечном итоге, получит доступ к ОЗУ. Есть N процессоров, но только одна шина для доступа к ОЗУ. Таким образом, у вас должно быть какое-то оборудование, которое гарантирует, что: a) каждый процессор получает достаточный объем доступа к ОЗУ, b) тот доступ к той же части ОЗУ не вызывает проблем и c) самое главное, что CPU 2 будет уведомлен когда ЦП 1 записывает на некоторый адрес памяти, который имеет ЦП 2 во внутреннем кеше. Если этого не произойдет, CPU 2 с радостью будет использовать кешированное значение, не обращая внимания на то, что он устарел

Представьте, что у вас есть задачи в списке, и вы хотите распространять их на все доступные процессоры. Таким образом, CPU 1 будет извлекать первый элемент из списка и обновлять указатели. CPU 2 сделает то же самое. По соображениям эффективности оба процессора будут не только скопировать несколько байтов в кеш, но и всю "линию кэша" (что бы это ни было). Предполагается, что когда вы читаете байт X, вы тоже скоро увидите X + 1.

Теперь оба процессора имеют копию памяти в кеше. Затем CPU 1 извлекает следующий элемент из списка. Без синхронизации кеша он не заметил, что CPU 2 также изменил список, и он начнет работать с тем же элементом, что и CPU 2.

Это то, что эффективно делает многопроцессор настолько сложным. Побочные эффекты этого могут привести к производительности, которая хуже того, что вы получите, если весь код работает только на одном процессоре. Решение было многоядерным: вы можете легко добавить столько проводов, сколько необходимо для синхронизации кешей; вы даже можете копировать данные из одного кеша в другой (обновлять части строки кэша без необходимости их очистки и перезагрузки) и т.д. Или логика кэша может гарантировать, что все процессоры получат одну и ту же линию кэша, когда они обращаются к той же части реальной ОЗУ, просто блокируя CPU 2 на несколько наносекунд, пока CPU 1 не внесет свои изменения.

[EDIT2] Основная причина, по которой многоядерность проще, чем multi-cpu, заключается в том, что на материнской плате вы просто не можете запускать все провода между двумя микросхемами, которые вам нужны для эффективной синхронизации. Плюс сигнал распространяется только на вершины 30 см/нс (скорость света, в проводе у вас, как правило, гораздо меньше). И не забывайте, что на многослойной материнской плате сигналы начинают влиять друг на друга (перекрестные помехи). Нам нравится думать, что 0 - 0 В, а 1 - 5 В, но на самом деле "0" - это что-то между -0,5 В (овердрайв при отбрасывании линии от 1- > 0) и .5В, а "1" - что-то выше 0,8 В.

Если у вас есть все внутри одного чипа, сигналы работают намного быстрее, и у вас может быть столько, сколько вам нравится (ну, почти:). Кроме того, перекрестные помехи намного легче контролировать.

Ответ 2

Вы можете найти интересные статьи о двух CPU, многоядерных и гиперпотоках на сайте Intel или в короткой статье от Йельский университет.

Надеюсь, вы найдете здесь всю необходимую информацию.

Ответ 3

В двух словах: многопроцессорная или многопроцессорная система имеет несколько процессоров. Многоядерная система - это многопроцессорная система с несколькими процессорами на одном кристалле. При гиперпотоке несколько потоков могут работать на одном процессоре (это время переключения контекста между этими несколькими потоками очень мало).

Многопроцессорные системы существуют уже 30 лет, но в основном в лабораториях. Многоядерный процессор - это новый популярный мультипроцессор. В настоящее время серверные процессоры реализуют гиперпотоки вместе с несколькими процессорами.

Википедические статьи по этим темам весьма наглядны.