Hkratno večnitno branje
Hkratno večnitno branje, kratica SMT, je tehnika za izboljšanje splošne učinkovitosti superskalarnih procesorjev s strojnim večnitnim branjem. SMT omogoča več neodvisnih niti izvajanja za boljšo izrabo virov, ki jih zagotavljajo sodobne računalniške arhitekture.
Večnitnost je po zasnovi podobna večopravilnosti, vendar se v sodobnih superskalarnih procesorjih izvaja na ravni niti.
Pri načrtovanju procesorjev obstajata dva načina za povečanje vzporednosti na čipu z manjšimi zahtevami glede virov:
- Superskalarna tehnika: ki poskuša povečati vzporednost na ravni ukazov (ILP) z izvajanjem več ukazov hkrati (imenovano: sočasno); s "sočasnim" pošiljanjem ukazov (imenovano: pošiljanje ukazov) več redundantnim izvajalnim enotam, ki so vgrajene v procesorju.
- Tehnika večnitnosti na ravni čipa (CMT): uporaba vzporednosti na ravni niti (TLP) za hkratno izvajanje ukazov iz več niti v enem procesorskem čipu.
Obstaja več načinov za podporo več kot ene niti v čipu, in sicer:
- Prepleteno večnitno branje (IMT) : Prepleteno izdajanje več navodil iz različnih niti, imenovano tudi časovno večnitno branje. Glede na pogostost prepletanja izdaj se lahko nadalje deli na fino ali grobo večnitno branje (fine-grain multithreading ali coarse-grain multithreading). Fine-grain multithreading izdaja navodila za različne niti po vsakem ciklu, medtem ko coarse-grain multithreading preklopi na izdajanje navodil iz druge niti le, ko trenutna izvajalna nit povzroči nekaj dogodkov z veliko zakasnitvijo (kot je napaka strani itd.). Grobozrnata večnitnost je pogostejša zaradi manjšega preklapljanja konteksta med nitmi. Pri procesorjih z enim cevovodom na jedro je prepletena večnitnost edini možni način, saj lahko izda le en ukaz na cikel.
- Hkratno večnitno branje (SMT): Izdaja več ukazov iz več niti v enem ciklu. Za to mora biti procesor superskalaren.
- Večjedrni procesor na ravni čipa (CMP ali večjedrni procesor): dva ali več superskalarnih procesorjev je združenih v enem čipu, vsak od njih pa izvaja niti neodvisno.
- Katera koli kombinacija IMT/SMT/CMP
Ključni dejavnik za njihovo razlikovanje je, da pogledamo, koliko ukazov lahko procesor izda v enem ciklu in iz koliko niti prihajajo ti ukazi.
Primeri sodobnih procesorjev SMT
- Intel Pentium 4 je bil prvi sodobni namizni procesor, ki je uvedel hkratno večnitno branje, začenši z modelom 3,06 GHz, ki je bil izdan leta 2002, od takrat pa je bil uveden v številne njihove procesorje. Intel to funkcionalnost imenuje Hyper-Threading Technology (HTT) in zagotavlja osnovni dvonitni mehanizem SMT. Intel navaja do 30-odstotno izboljšanje hitrosti v primerjavi z enakim Pentiumom 4 brez SMT.
- Najnovejši modeli arhitekture MIPS vključujejo sistem SMT, znan kot "MIPS MT".
- IBM POWER5, ki je bil napovedan maja 2004, je na voljo kot dvojedrni DCM ali štiri- ali osemjedrni MCM, pri čemer vsako jedro vključuje dvonitni mehanizem SMT. IBM-ova izvedba je bolj izpopolnjena od prejšnjih, saj lahko različnim nitem dodeli različno prednost, je bolj fino strukturirana, motor SMT pa je mogoče dinamično vklopiti in izklopiti, da se bolje izvajajo tiste delovne obremenitve, pri katerih procesor SMT ne bi povečal zmogljivosti. To je IBM-ova druga implementacija splošno dostopne strojne večnitnosti.
- Intel Atom, ki je bil izdan leta 2008, je prvi Intelov izdelek s funkcijo SMT (ki se trži kot Hyper-threading) brez podpore za spreminjanje vrstnega reda ukazov, špekulativno izvajanje ali preimenovanje registrov.
Sorodne strani
- Nit (računalništvo)
- Vzporedno računalništvo
- Vzporednost na ravni ukazov
- Večjedrni procesorji
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je hkratno večnitno branje?
O: Hkratno večnitno branje (SMT) je tehnika za izboljšanje splošne učinkovitosti superskalarnih procesorjev s strojnim večnitnim branjem. Omogoča več neodvisnih niti izvajanja za boljšo izrabo virov, ki jih zagotavljajo sodobne računalniške arhitekture.
V: Kako se SMT primerja z večnitnim delovanjem?
O: Večnitnost je po konceptu podobna večopravilnosti, vendar se v sodobnih superskalarnih procesorjih izvaja na ravni niti izvajanja, medtem ko se večopravilnost izvaja na ravni procesa.
V: Katera sta dva načina za povečanje vzporednosti na čipu?
O: Dva načina za povečanje vzporednosti na čipu sta superskalarna tehnika in večnitnost na ravni čipa (CMT).
V: Katere so različne vrste večnitnega branja na ravni čipa?
O: Različne vrste večnitnega branja na ravni čipa vključujejo večnitno branje s prepletanjem (Interleaved Multithreading - IMT), večnitno branje s finim zrnom (Fine-Grain Multithreading), večnitno branje z grobim zrnom (Coarse Grain Multithreadin) in sočasno večnitno branje (Simultaneous Multithreadin - SMT).
V: Kako lahko razlikujete med IMT/SMT/CMP?
O: Ključni dejavnik za razlikovanje med IMT/SMT/CMP je pogled na to, koliko ukazov lahko procesor izda v enem ciklu in iz koliko niti prihajajo ti ukazi.
V: Kakšno vrsto procesorja je treba uporabiti za SMT?
O: Za SMT je treba uporabiti superskalarni procesor.
V: Kakšno vrsto procesorja uporablja večopravilnost na ravni čipa?
O: Večopravilnost na ravni čipa uporablja večjedrne procesorje, ki v enem čipu združujejo dva ali več superskalarnih procesorjev, od katerih vsak neodvisno izvaja niti.
