1 Computer Architecture Introduction

이 글은 컴퓨터구조론 카테고리의 첫 번째 글입니다. 다른 글도 궁금하시다면 컴퓨터 구조론 시작하기를 확인해주세요.

8 great idea

• Design for Moore’s Law
  IC 칩 내 트랜지스터 개수가 2년마다 2배가 된다
• Use abstracton to simplify design
• Make the common case faster(Amdahl’s Law)
• Performance via parallelism
• Performance via pipelineing
• Performance via prediction
• Hierarchy memory
• Dependability via redundancy

HW abstraction

• ISA: Instruction set architecture
  하드웨어를 소프트웨어 적으로 어떻게 표현했는가
  CPU Instruction , x86, ARM
• ABI: Application Binary Interface
  ISA + OS
  x86 Windows vs. ARM iOS
  ABI 까지 동일해야 물리적으로 다른 system에서도 동일한 결과가 나올 수 있다.

History

Chip-to-chip data communication → System-on-Chip → Chiplet

• Chip-to-chip: 1980 년대 IBM의 형태로 하나의 칩에 트랜지스터를 많이 넣을 수 없었다. chip 사이 데이터가 이동하기 위해서는 선을 통해서 이동해야 했기 때문에 느렸고 중간에 loss도 많았기 때문에 전력 소모도 컸다. 또한 값이 비싸고 reliability 또한 낮았다.
• System-on-chip: 요즘 대부분 사용되고 있는 형태로 chip의 수가 줄어들고 functionality를 집재하였다.
• Chiplet: 작은 chip이라는 뜻으로 AMD Ryzen은 이 형태이다. 가격이 비교적 저렴하고 chip 사이에 communication을 할 확률을 매우 낮게 설계를 하여 효율성을 증대시켰다. 또한 예전처럼 wire로 연결하는 것이 아닌 반도체로 칩을 연결한다.

IC Chip cost

cost per die = (cost per wafer)/(dies per wafer * Yield)
Yield = 1 / ((1 +(Defects per area * Die area / 2))²)

웨이퍼를 크게 자를수록(칩의 크기가 커질수록) defect가 많아진다.

Performance

CPU Time = (CPU Clock Cycles) / (Clock Rate)

성능을 향상시키려면 clock cycle 수 줄이기, clock rate 높이기 두 가지 방법이 있다. 그러나 이 두 가지는 trade off 관계이므로 하드웨어 설계 시 주요 고려 대상이다.

• Clock cycle
  Instruction Count * Cycles per Instruction
  Instruction Count: 프로그램을 어떻게 설계하는지에 따라 달라짐
  Cycle per Instruction: processor 설계에 따라 달라짐, instruction type에 따라 달라짐

이 외에도 Benchmark 할 CPU를 정하고 이와 비교했을 때 어느 정도 성능을 가지는지 파악하는 방식도 존재한다. 예로 SPEC CPU2006 등이 있다.

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