[멀티코어CPU] 05. 하이퍼스레딩 / 칩 멀티 프로세서

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정내훈 교수님이 추천한 책

「 프로그래머가 몰랐던 멀티코어 CPU 이야기」 - 김민장 지음

위의 책을 토대로 공부한 내용이 작성되었음

: 하나의 물리 프로세서가 두 개의 논리 프로세서로 보이게 하는 기술

: 슈퍼스칼라 프로세서에서 독립적인 두 쓰레드로부터 명령어를 가져와 파이프 라인에 넣는 기술

: 문맥교환(context switching) → 한 쓰레드가 프로세스를 이용했다면 운영체제는 이 쓰레드에서 프로세서를 빼앗아 다른 쓰레드에 줌, 이전 문맥을 저장하는 단계에서 비용이 발생함

: 원리 → 쓰레드 문맥을 하드웨어 수준에서 복제함. 명령어 수준 병렬성(ILP)보다 단위가 큰 쓰레드 수준 병렬성(TLP) 활용

1) 미세 단위 멀티스레딩(Fine-Grained) : OS의 비선점 스케줄링과 비슷함, 사이클마다 번갈아가며 다른 쓰레드(A, B)에서 명령어 가져옴

2) 큰 단위 멀티스레딩 (Coarse-Grained) : 정의에 따라 여러가지, 쓰레드 A의 명령어를 계속 인출하다가 어느 순간 캐시 미스로 더 이상 인출할 수 없을 때 준비되어 있는 쓰레드 B에 기회를 줌 (문맥교환 비용 X)

3) 동시 멀티스레딩 (Simultaneous) : 지금까지 수직 방향의 낭비는 줄였으나 수평 방향는 아니었음. 사이클마다 여러 쓰레드에서 '동시에' 명령어를 가져와 파이프 라인에 넣음 →하드웨어 부담이 크지 않으며 동시에 여러 하드웨어 쓰레드 문맥 유지 가능

1) 싱글코어의 한계

: 빠른 클록의 프로세서에서 한 명령어를 마치는 데 더 많은 클록이 필요함 → IPC 감소 이유 → 파이프 라인을 더 단계 나누기

→ 근데 중요한 것은 전력 소비와 발열에 관한 에너지 효율 (에너지 장벽에 부딪히기 시작)

: 비순차 실행 → 고 클록 X, ILP가 이론적으로 상당히 잠재력 有 → 찾아낼 수 값이 그리 높지 않음

: 따라서 멀티 코어로 방향을 옮김

2) 병렬 컴퓨터 대두

: 스레드 수준 병렬성을 활용(TLP) 가능

: 공유 메모리 구조 → 칩 멀티프로세서(CMP), 대칭형 멀티프로세서(SMP), 분산 공유 메모리

: CMP → 칩 하나에 여러 코어가 올라옴, 같은 칩에 있기에 캐시를 공유 가능함.

: SMP → 메인보드에 프로세서를 2, 4개 장착 (보통 서버용)

: 분산 메모리 구조 → 클러스터, 그리드 / 독립적인 컴퓨터를 고속의 네트워크로 연결한 것

3) 멀티코어 구성 방식

: 호모지니어스 멀티코어 → 코어가 구조적으로 같고 클록 속도와 캐시 크기도 같음

: 헤테로지니어스 멀티코어 → 각 코어가 구조적으로 다르거나, 구조는 비슷하더라도 성능 차이 有

4) 멀티코어의 한계

: 메모리 장벽(memory wall) → 메모리 대역폭에 한계가 있어 많은 프로세서 코어가 있으면 오히려 해가 됨

: 효율적인 병렬 프로그래밍을 못하면 멀티 코어는 빛을 발할 수 없음

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