Introduction to Microprocessors II
What is this?
Liquid Nitrogen
Gigabyte 2009 Overclock Champion 3.3 GHz --> 5.3 GHz
2010 – When Overclocking goes beyond the CPU
The Winner
What Makes a CPU Hot? Clock Frequency Transistor Size
How does a CPU’s transistor look like ?
Regular Microscope
Scanning Electron Microscope
A Single Transistor
Pentium Hack Done by former Motorola Engineers (makers of chips for MACs back in the day)
Processor Fabrication Technology
Pentium 2 – Slot Footprint
Moore’s Law (1965) “The number of transistors on a chip will double about every two years.”
Moore’s Law True for 40 Years
The Next 20 Years Transistor Count (Billion) Year
Why more transistors? PentiumCore i7
Transistor Usage Larger Cache Core i7 has up to 12Mb L3 Cache (6 Core CPUs) More Cores Core i7 has up to 6 CPU cores Other core types, such as GPUs More Complex CPU Features Extended SIMD Instruction Set (MMX, SSE, etc) Advanced Optimizations (Branch Prediction, OoOE, etc)
1. All CPUs are NOT Created Equal Pipeline Example: 10 Stages vs 20 Stages 10 Clock Cycle per 1 instruction 20 Clock Cycle per 1 instruction
2. The overall speed of a system is determined by the slowest component
How does the program data flow? Printf(“Hello World”); Hello.exe
Execution Data flow Hello.exe Chipset RAM HDD CPU GPU(Display)
6.4 GB/s 8.5 GB/s
What is a Bottleneck?
25.6 GB/s
Hello.exe Chipset RAM HDD CPU GPU(If Discrete) GPU(If Integrated)
Component Speeds RAM DDR GB/s DDR3 (1066) GB/s DDR3 (1600) – 12.5 GB/s Hard Drive SATA1 – 150 MB/s SATA2 – 300 MB/s SATA3 – 600 MB/s
Conclusions: วิธีต่างๆ ในการเพิ่มประสิทธิภาพของ CPU เพิ่มความเร็วสัญญาณนาฬิกา ต้องระวังความร้อน ยิ่งผลิตขนาด CPU เล็กก็จะยิ่งกินไฟน้อย เพิ่มจำนวน transistor เพื่อใส่ความาสามารถใหม่ๆ ลดคอขวดในระบบโดยการเพิ่มความเร็วส่วนประกอบ ต่างๆ ให้ไม่ทิ้งห่าง CPU จนเกินไป ใช้ Cache และเทคนิคอื่นๆ เพื่อลดการใช้งาน ส่วนประกอบที่ช้า