LINCE. -vad kommer sedan? Linköpings Universitet



Relevanta dokument
Datorsystem 2 CPU. Förra gången: Datorns historia Denna gång: Byggstenar i en dators arkitektur. Visning av Akka (för de som är intresserade)

Bortom Moore Nya drivkrafter

Elektronikprofilen Y/D

Digital IC konstruktion

Digital IC konstruktion

Elektronikprofilen. Profilansvarig: Dr. J Jacob Wikner (ISY)

Datorarkitekturer med operativsystem ERIK LARSSON

Lunds Tekniska Högskola Datorarkitektur med operativsystem EITF60. Superscalar vs VLIW. Cornelia Kloth IDA2. Inlämningsdatum:

Parallellism i NVIDIAs Fermi GPU

Datorarkitekturer med operativsystem ERIK LARSSON

Moment 2 Digital elektronik. Föreläsning Inbyggda system, introduktion

SIMD i Intel s P5- baserade Pentium MMX

Grundläggande datavetenskap, 4p

Digital IC konstruktion

Vad är en dator? Introduktion till datorer och nätverk. Pontus Haglund Institutionen för datavetenskap (IDA) 21 augusti 2018

Moores lag vid vägs ände efter 50 år?

Pipelining i Intel Pentium II

Datorteknik ERIK LARSSON

Lär dig sälja framtidens trådlösa. idag

MESI i Intel Core 2 Duo

Elektronik Dataomvandlare

Framtidens Radio för Sakernas Internet. ARM Sweden AB Lund Sverige Dr. Tobias Tired

Laboration 6. A/D- och D/A-omvandling. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Digital elektronik och inbyggda system

Elektronik Dataomvandlare

Processor pipelining genom historien (Intel i9-intel i7)

Datorteknik ERIK LARSSON

Digital IC konstruktion

CDC en jämförelse mellan superskalära processorer. EDT621 Campus Helsingborg av: Marcus Karlsson IDA

Grundutbildning vid EIT. Lunds universitet

LUNDS UNIVERSITET. Parallell exekvering av Float32 och INT32 operationer

KUNDCASE. Inovia gjorde sin AI-utveckling 10 gånger snabbare med Power-plattformen

Multiprocessorer. DEL2 TEKNIK Nr november BRANSCHTIDNINGEN FÖR NORDENS ELEKTRONIKER. förändringar

IBM POWER4, den första flerkärniga processorn och dess pipelines.

Trådlös kommunikation En introduktion av Open Systems Engineering AB

KOMPETENSNAV INTEGRERADE KRETSAR OCH SYSTEM

Fetch-Execute. Datorteknik. Pipelining. Pipeline diagram (vid en viss tidpunkt)

IT-GUIDE Version 1.0 Författare: Juha Söderqvist

Datorteknik ERIK LARSSON

Tillverkare processor nummer typ av processor hastighet i gigahertz mängden cache i megabyte busshastighet i meaghertz Arkitekturstorlek i nm Intel

Arm Cortex-A8 Pipeline

Tentamen den 14 januari 2016 Datorarkitektur med operativsystem, EDT621

Hyper-Threading i Intelprocessorer

Profilen Kommunikation för Y, Yi, D & IT. Profilansvarig: Erik G. Larsson Professor, ISY/Kommunikationssystem

HF0010. Introduktionskurs i datateknik 1,5 hp

Multi-ported cache En rapport om några lösningar till att få flera minnesaccesser simultant.

Emil Kristiansson Kurs: EDT621 Delmoment: Rapport. En introduktion till Smart cache

Elektronik. Dataomvandlare

Statistiska metoder för utveckling av innovativa process-teknologier med hög yield för tillverkning av nästa generationens mikroprocessorer

Dator- och telekommunikation (ETS601) Höstterminen 2016

Profilen Kommunikation för Y, Yi, D & IT

Digital IC konstruktion

Introduktion till E-block och Flowcode

Datorhistorik. Föreläsning 3 Datorns hårdvara EDSAC. Eniac. I think there is a world market for maybe five computers. Thomas Watson, IBM, 1943

Datorarkitekturer. Sammanfattande bedömning. Ämnesbeskrivning

Hyper Threading Intels implementation av SMT. Datorarkitekturer med operativsystem - EITF60. Felix Danielsson IDA2

Prestandapåverkan på databashanterare av flertrådiga processorer. Jesper Dahlgren

Toshiba och Intel Centrino Duo mobile teknologi för professionella användare

Dator- och telekommunikation. Dator- och telekommunikation. Radionät. Fasta nät. Kapacitet. Tjänster. Radionät Protokoll Kapacitet Tjänster

Dator- och telekommunikation (EITG01) Höstterminen 2018

Profilen Kommunikation för Y, Yi, D & IT. Profilansvarig: Erik G. Larsson Professor, ISY/Kommunikationssystem

Föreläsning 10 Mål Förse en översikt av mobilnätens utveckling Förstå komponenterna i ett mobilt nät. Mobila nätverk (1/5) Mobila nätverk (2/5)

Grundkurs i 5G 5G och sedan då?

Profilen Kommunikation för Y, Yi, D & IT

Program kan beskrivas på olika abstrak3onsnivåer. Högnivåprogram: läsbart (för människor), hög abstrak3onsnivå, enkelt a> porta (fly>a 3ll en annan ar

Utveckling av bredbandstekniker. Arbetsgruppen för utvecklandet av bredbandet

Kapitel 13: (Maria Kihl)

Digital IC konstruktion

F2: Motorola Arkitektur. Assembler vs. Maskinkod Exekvering av instruktioner i Instruktionsformat MOVE instruktionen

Digital- och datorteknik, , Per Larsson-Edefors Sida 1

Mobilteknik. Begränsningar och möjligheter

KOMPETENSNAV INTEGRERADE KRETSAR OCH SYSTEM

Digital IC konstruktion

Kapitel 13: Telefoninäten. Spanning Tree. Jämförelse med OSI-modellen. Jens A Andersson (Maria Kihl)

Banbrytande elektronik vid LTH

BILAGA. till. Kommissionens delegerade förordning

0.1. INTRODUKTION Instruktionens opcode decodas till en språknivå som är förstålig för ALUn.

Profilen Kommunikation för Y, Yi, D & IT

Trådlös kommunikation

TJÄNSTEKATALOG IT-ARBETSPLATS NACKA KOMMUN ADMINISTRATIV VERKSAMHET

Kurskatalog 2010 INNEHÅLLSFÖRTECKNING

Processorfamiljer idag och i framtiden

Föreläsning 2. Operativsystem och programmering

DA HT2011: F18. Länklagret och uppkopplingstekniker Ann-Sofi Åhn

Datorsystemteknik DAV A14 Föreläsning 1

Telefoninäten. Jens A Andersson

Digital IC konstruktion

Pipelining i RISC-processorn. Joakim Lindström Institutionen för informationsbehandling Åbo Akademi E-post: jolindst@abo.fi

Signalhastighet och bithastighet. Dämpning och distorsion. Dämpning. Olika fibertyper olika dispersion

Profilen Kommunikation för Y, Yi, D & IT

32 Bitar Blir 64 Sammanfattning

Shaders. Renderingssystem. Renderingssystem. Renderingssystem. Hårdvara för 3D-rendering. Hårdvara för 3D-rendering

DEC Alpha instruktions Arkitektur

Föreläsning 5 1 CPI Sammanfattning pipelining Cacheminnen

TAKTIL INTERNET SÅ KOMMER TAKTIL INTERNET ATT FÖRÄNDRA BRANSCHEN FRAMÖVER

CanCom. DJ803 Prod.ver Specifikation Specification

Läsminne Read Only Memory ROM

Introduktion - LAN Design och switching concepts Basic Switch Concepts and Configuration Frågor? Referenser. Nätverksteknik 2

EDI615 Tekniska gränssnitt Fältteori och EMC föreläsning 3

Agenda. Syfte med datorbygge Datorns delar. Datorbygge. Moderkort Processor Minne och hårddisk Instickskort Övrigt

Transkript:

Slutet på Moores lag -vad kommer sedan? Christer Svensson Linköpings Universitet S.E.E. SDR 2010 2006

Outline Moores lag Vad kommer sedan? Digital trends Analog trends Ultralåg effekt Sammanfattning 2

Moores lag 3

Moores lag Hög risk att förutsäga slutet på Moores lag * 2010, 32nm 8nm floor (?) 4

Moores lag Hög risk att förutsäga slutet på Moores lag Jag tar dock risken Frank (IBM) 2001: ~8nm (2030?) Detta är 20 atomer på rad. Många fenomen hindrar mindre geometrier. Styreoxiden blir för tunn, tunnelingströmmar, motverkas av high dielectric. Drainfältet penetrerar till source, motverkas av dubbel gate eller FINFET-strukturer Avståndet drain-source för kort tunnelingströmmar. 5

Moores lag Bohr (Intel) 2009: Klassisk skalning upphörde ~2005 Därefter strained Si, high, mm. Sedan FINFET, mm. Ger begränsad fortsättning. Stor mängd nya problem: Läckströmmar Hög effekttäthet Stor parameterspridning försvårar konstruktion Långsamt ökande effekter av kosmisk strålning 6

Moores lag Delagi, TI ISSCC2010 Mikroprocessorer klockfrekvens stagnerar 7

Vad händer sedan? Moores lag har gett oss ständigt ökande kapacitet till ständigt lägre effekt och pris. En stagnation av Moores lag ger stora möjligheter till innovationer i kretsar, system och metoder. Vi kan förvänta oss framsteg i oförändrad d takt med nya metoder och kompetenser. Elektroniken tjänar allt fler marknader 8

Vad händer sedan? Låt mig diskutera trender idag, inom Digitalt Analogt Ultralåg lå effekt 9

Digitala trender Högre beräkningskapacitet hos processorer Multicore, 2, 4, 8, 16 Applikationsspecifika arkitekturer Acceleratorer (MMX mm.) Massiv parallellism fortsatt mycket svårutnyttjat Lägre effektförbrukning Exploatera effekt istället för prestanda Applikationsspecifika arkitekturer Effektiva program 10

Digitala trender QPI0 Core3 QPI1 QPI2 QPI3 Core4 A 45nm 8-Core Enterprise Xeon Processor Core2 Core1 System Interface Core5 Core6 Stefan Rusu Intel ISSCC 2009 Notera mängden minne! Core0 Core7 Minnesaccess flaskhals MI MI 11

Digitala trender Multicore för ökad kapacitet vid fix klockfrekvens Kräver nya operativsystem /programmeringsmetoder Olika program på olika kärnor Ett program på flera kärnor kräver ny kod Minnesaccess är flaskhals - försämras 12

Digitala trender Applikationsspecifika arkitekturer Grafikprocessorn stor framgång gjord för grafik Vektor och matrisorienterad Nya användningar för tunga matematiska uppgifter Digitala signalprocessorer (DSP) (Återkommer med fler exempel) 13

Digitala trender Delagi, TI ISSCC2010 Coresonic 14

Digitala trender Acceleratorer Specialiserade processorer inom en mikroprocessor Exempel MMX, liten SIMD-maskin inom en Pentium (Ett 64b ord behandlas som 4 16b ord på vilka man utför samma operation parallellt) Multiplikatorer, flyttalsprocessorer Grafikprocessorer 15

Digitala trender Massiv parallellism Gammal idé fortfarande inte särskilt framgångsrik Problem: Minnesaccess Kollisioner då olika processorer accessar samma minne Problem att veta om minnesinformationen är aktuell Exempel: Cell (IBM/Sony), PowerPC + stort antal små kärnor 16

Digitala trender Lägre effektförbrukning Under lång tid prioriterades prestanda Metoder för låg effekt utvecklades på 90-talet (Berkeley och Linköping) Lägre matningsspänning P f Parallella beräkningar Lågt sving på I/O Minimera trafik mellan chip Mindre minnen, begränsa minnesaccesserna c 2 dd V 2 a i C i 17

Digitala trender Kraven kommer nu! Avancerade mobiler, mobila datorer Delagi, TI ISSCC2010 Batterilivslängd nytt försäljningsargument? Men långsamt 18

Digitala trender Lägre effektförbrukning - exploatera effekt istället för prestanda P a 2 V dd 2 C a f c N Minskar vid skalning Kan öka vid skalning Traditionellt: Öka prestanda (f c och N), samma effekt Ny trend: Behåll prestanda, minska effekt via V dd och C a 19

Digitala trender Applikationsspecifika arkitekturer General purpose - arkitekturen kommer inte längre Applikationsspecifikt kan ge stora vinster Exempel: Coresonics arkitektur för radio basband (Coresonic AB, Linköping) Datatyp: komplexvärda vektorer Liten kontrollenhet, effektiva instruktioner Många parallella processer på parallella ALUer och minnen 20

Digitala trender Memory bank #0 Memory bank #4 Integer memory Complex Memory AG GU... Complex Memory AG GU Integer Memory AG U Acce elerators Host inte erface host sor To FEC/ process To ADC/DAC 16+16 Frequency error cancellation Filter and decimation Vector load/store unit CALU DP CALU DP CALU DP CALU DP On-chip network Vector contro oller Vector load/store unit CMAC DP CMAC DP CMAC DP CMAC DP Digital Front-End CALU SIMD Unit CMAC SIMD Unit RISC Core Vector contro oller ALSU RF MAC Stack PM 24 Radio Baseband Processor A Nilsson Coresonic ISSCC2008 21

Digitala trender Resurssnål programmering Programmera för låg effektförbrukning Hårdvarunära programmering kräver hårdvarukunskap Spara på minnesaccesser mm. 22

Analoga trender Trådlös teknik mot högre datatakter och nya band LTE mot 1Gb/s Mikrovågslänkar mot 10Gb/s (60 120GHz) Flexibel radio (mjukvaruradio, SDR) Trådbunden teknik mot högre datatakter Optolänkar 100Gb/s över en våglängd g Multipla 10Gb/s länkar på kretskort Lägre effektförbrukning 23

Analoga trender Moore analogt? Klar trend att använda digital CMOS även för analogt: Bra: Hög integrationsgrad lågt pris Små geometrier höga gränsfrekvenser (f T ~200GHz) Dåligt: Låga matningsspänningar g (~1V) Mer parasiter, stor spridning 24

Analoga trender Trådlös teknik mot högre datatakter och nya band Mobil radio utvecklas vidare LTE upp till 1Gb/s (multipla antenner) massor av band (698-2690 MHz) stora krav på teknologiutvecklingen Mikrovågslänkar för backhaul datatakter upp till 10Gb/s nya band 60-120GHz (Pågående Vinnova-projekt, Chalmers, Ericsson, LiU, Bitsim mfl.) 25

Analoga trender Trådlös teknik exempel på ny teknologi Mjukvaruradio samma hårdvara för alla band och modulationer exempel på utmaning: multiband PA med hög verkningsgrad för komplex modulation 26

Analoga trender Wide band Class D outphasing PA Jonas Fritzin LiU 2010 Demo visar uppfylld EDGE 32-QAM spektrum utan fördistortion P max =10.3dBm, PAE=33% vid 2GHz. Bandbredd 2GHz (1 3GHz) 27

Analoga trender Trådbunden teknik mot högre datatakter 10-20Gb/s per trådpar, kretskort och bakplan finns upp till 10Gb/s även på FPGA 100Gb/s Ethernet per våglängd i optiska nät kräver mer avancerad modulation exempel på utmaning: 28 eller 56GS/s ADC Exempel: 2.4GS/s, 5b, 320mW ADC. Med interleaving kan man erhålla önskad datatakt (Timmy Sundström, LiU 2010) 28

Analoga trender Lägre effektförbrukning Ganska liten forskning på analog effektförbrukning (tills nu?) Exempel sampler: P 16kTf s D Samplingfrekvens Dynamiskt område Vanligaste fel : för stora säkerhetsmarginaler 29

Analoga trender Analog Jämförelse mellan analogt och digitalt. 1-pols filter Digital 350nm Digital 90nm 30

Ultralåg effekt Ultralåg effektförbrukning möjliggör Applikationer system med 10-20 års batterilivslängd system som klarar sin egen energiförsörjning (energy harvesting) Identifieringsetiketter (RFID) Distribuerade sensorsystem Inplanterade biosensorer 31

Sammanfattning Moores lag närmar sig successivt ett slut Massor kvar att exploatera hos kiseltekniken 32