 |
 |
 |
| Queremos a sua opinião |
|
| Temos grande interesse nos seus comentários sobre o site. Clique aqui para enviar seus comentários, mudanças e sugestões. |
|
|
 |
 |
 |
|  |
|
 |
Estendendo a arquitetura de processadores mais popular do mundo Por R.M. Ramanathan |
| Visão geral: Acesso otimizado à memória com eficiência e velocidade |
| |
A Intel tem uma longa história de inovação, adicionando novos recursos à arquitetura do computador e permitindo que a indústria forneça aplicativos avançados com mais desempenho e capacidade. Do Intel® 8086 original à recente inclusão do SSE3 Suplementar (Supplemental Streaming SIMD Extensions 3) encontrado nos processadores Intel®Core™2 Duo, a Intel tem liderado a expansão das capacidades das arquitetura de computador mais popular e mais usada do mundo — a arquitetura Intel®. Continuando a história de inovação, essa última expansão da arquitetura Intel constitui as instruções mais impactantes desde o SSE2 e representa e próximo grande salto na trajetória acelerada da Intel para fornecer produtos de desempenho e capacidade superiores, e com redução no consumo de energia, por anos a fio.
 |
| As inovações do novo conjunto de instruções estão aumentando o desempenho e a economia de energia da arquitetura Intel®. |
 |
Baseadas na arquitetura já completa do conjunto de instruções (ISA) da Intel® 64, essas novas instruções permitirão que nossos microprocessadores, em todos os segmentos do mercado de grandes volumes, propiciem desempenho superior e economia de energia a uma grande variedade de aplicativos de 32 e 64 bits. Essas novas instruções são:
- SSE4 (Streaming SIMD Extensions 4) que trará os componentes para oferecer capacidades expandidas, mais desempenho e maior redução no consumo de energia para a maioria dos aplicativos.
- Os Application Targeted Accelerators (Aceleradores Direcionados para Aplicativos) proverão uma nova base para fornecer capacidades de funções fixas, pouca latência e baixa potência aos aplicativos almejados.
Essas instruções representam outro marco na nova cadência da Intel para o desenvolvimento contínuo de processos de silício e da arquitetura de processadores da próxima geração. Os aplicativos beneficiados são os relacionados com gráficos, codificação e processamento de vídeo, imagens em 3D, jogos, servidores da web e servidores de aplicativos. Os aplicativos de alto desempenho beneficiados são os relacionados à mineração de dados (data mining); algoritmos de pesquisa complexa e correspondência de padrões; algoritmos de áudio, vídeo, imagem e compactação de dados; algoritmos baseados em máquina para análise e estados; e muito mais.
Este artigo apresentará informações resumidas sobre a ISA e, em seguida, uma visão geral dessas novas instruções. Você encontrará links para obter informações mais detalhadas na seção Mais info.
|
Comandando a revolução do conjunto de instruções A Intel usa a ISA para oferecer capacidades superiores de nossa microarquitetura, além de manter a necessária compatibilidade no nível de aplicativos em todas as gerações de processadores. Bons exemplos da manutenção da compatibilidade do conjunto de instruções são os novos processadores Intel Core 2 Duo. Como os processadores Intel® Pentium® D da geração anterior, os processadores Intel Core 2 Duo implementam versões praticamente idênticas da ISA e oferecem compatibilidade no nível de aplicativos, embora tenham um design interno diferente. Praticamente todos os aplicativos construídos para os processadores Intel Pentium D serão executados nos processadores Intel Core 2 Duo, sem qualquer modificação. Melhor ainda, quase todos esses aplicativos se beneficiam do desempenho superior e da economia de energia desses processadores.
Assim como a tecnologia de processos e a microarquitetura da Intel estão evoluindo continuamente ao ritmo de nossa nova cadência, os conjuntos de instruções da Intel também estão. Em cada nova evolução:
- A Intel otimizará as instruções já existentes para permitir que tirem o máximo proveito das últimas melhorias da microarquitetura e proporcionem mais desempenho e economia de energia aos aplicativos atuais, sem exigir modificações.
- A Intel também lançará novos conjuntos de instruções, projetados para otimizar o desempenho e reduzir as necessidades de energia de uma grande variedade de aplicativos novos e existentes. Para realmente se beneficiar dessas novas instruções, os aplicativos existentes deverão ser recompilados com um compilador atualizado pela Intel e por outros fornecedores. (Consulte o site www.intel.com/software
para obter mais detalhes.)
Como é possível constatar, em cada caso, o software existente continuará sendo executado corretamente à medida que nossos conjuntos de instruções evoluem e novas instruções são adicionadas. Igualmente importante é o fato de que os novos aplicativos incorporando essas instruções — e os aplicativos existentes recompilados para tirar proveito das instruções — constarão melhorias de desempenho surpreendentes.
A vantagem da Intel na ISA se estende a um abrangente ecossistema de sistemas operacionais, como o Microsoft Windows* e Vista*, UNIX*, Linux*, e agora os sistemas operacionais Macintosh*. Nosso compromisso contínuo de estender nossa ISA para a indústria abrange:
- Criar consistência arquitetônica em todos os sistemas operacionais, através do suporte estendido para o ecossistema da indústria.
- Oferecer uma abordagem unificada para as extensões de 32 e 64 bits, para propiciar uma inovação superior.
- Ouvir os desenvolvedores de software e fornecedores de software independentes (ISVs) em nosso desenvolvimento de novas instruções para ajudar os desenvolvedores a obterem êxito com a ISA da Intel, de modo mais fácil.
- Assegurar que os aplicativos existentes sejam corretamente executados e funcionem melhor.
- Garantir que os aplicativos usando as novas instruções sejam corretamente executados, com mais desempenho e economia de energia.
- Proporcionar a liderança da ISA aos outros fornecedores de arquiteturas, para que a ISA da Intel continue desfragmentada e opere como um padrão, simplificando o trabalho da comunidade de ISVs.
Uma longa história na ISA Os desenvolvedores sabem que, ao aumentar o número de instruções processadas simultaneamente, é possível reduzir o tempo que um aplicativo gastará no código, exigindo vários ciclos do processador para processar os dados. A Intel tem estimulado há muito tempo essas práticas de codificação, para ajudar a aumentar a throughput total do processador.
A Intel iniciou antecipadamente um programa pró-ativo para melhorar o desempenho dos aplicativos nos processadores Intel, desenvolvendo conjuntos de instruções especiais. Os primeiros exemplos contêm as extensões do conjunto de instruções de ponto flutuante (FP) definidas no chip 8086. Exemplos mais recentes abrangem o SIMD (Single Instruction, Multiple Data) e a tecnologia Intel® MMX™. SIMD era uma técnica empregada pela Intel para alcançar mais paralelismo na microarquitetura P5, através do uso de instruções especiais que operavam em vários fragmentos de dados, simultaneamente. Ao usar o conjuntos de instruções da tecnologia Intel MMX, os programadores tinham a possibilidade de executar instruções em vários elementos de dados carregados nos registradores da tecnologia MMX, que propiciariam mais desempenho nos aplicativos de mídia, como gráficos, jogos, streaming de vídeo e muito mais.
Na arquitetura P6, a Intel introduziu as SSE (Streaming SIMD Extensions). Projetadas para o processador Intel® Pentium® III, as SSE estendiam a tecnologia MMX e permitiam a execução dos cálculos de SIMD em quatro elementos de dados FP de precisão única, empacotados, usando registradores de 128 bits (denominados XMM0-XMM7). Com a microarquitetura Intel NetBurst® (processador Intel® Pentium® 4), a Intel lançou as SSE2 para estender as SSE (e a MMX). As SSE2 permitiam a execução de mais cálculos paralelamente, estendendo as instruções introduzidas na tecnologia MMX e nas SSE, e habilitando o suporte para os tipos de dados inteiro de 128 bits e FP de precisão dupla, empacotadps. No total, as SSE2 acrescentaram 144 instruções que aumentavam o desempenho em diversos aplicativos.
Por exemplo, as instruções SSE2 ofereciam aos desenvolvedores de software uma flexibilidade máxima, na implementação de algoritmos e com os aumentos de desempenho em softwares, como vídeo MPEG-2, MP3, gráficos 3D e mais.
O lançamento do processador Pentium 4 baseado em processos de 90nm constatou a introdução das SSE3. As SSE3 abrangem 13 instruções SIMD adicionais em relação às SSE2, projetadas basicamente para melhorar a sincronização dos processos e as capacidades matemáticas de FP do x87.
Outro avanço, o Supplemental SSE3, já está disponível na microarquitetura Intel Core. Incluído nos processadores Intel® Xeon® 5100 (servidor e workstation) e Intel Core 2 Duo (notebook e desktop), o Supplemental SSE3 adiciona 32 novos opcodes — inclusive alinhar e multiplicar-somar — para obter mais desempenho.
|
|
|
| |
| Nesta Edição |
|
História em destaque
|
| |
| |
| Microarquitetura e arquitetura do conjunto de instruções
| |
Para apreciar melhor o significado dessas novas instruções, ajuda conhecer as diferentes arquiteturas utilizadas no desenvolvimento dos modernos microprocessadores e de suas funções.
ISA é uma parte da arquitetura geral do computador, relacionada à programação, incluindo os tipos de dados nativos, instruções, registradores, modos de endereçamento, arquitetura de memória, manipulação de interrupções e exceções, e E/S externa. Uma ISA abrange uma especificação de opcodes (comandos de máquina) implementada pelo projeto de um microprocessador específico. Com o passar do tempo, dentro de uma família de processadores, a ISA é geralmente otimizada com novas instruções para propiciar desempenho superior e economia de energia, além de manter a compatibilidade com os aplicativos já existentes.
A Microarquitetura está relacionada ao projeto, layout e à implementação da ISA em silício, incluindo o projeto geral dos módulos, núcleos, unidades de execução e tipos (como ponto flutuante, inteiro, prognóstico de desvios, SIMD), canalização, projeto da memória em cache e suporte para periféricos. Com o passar do tempo, dentro de uma família de processadores, a microarquitetura é geralmente otimizada com melhorias no desempenho, economia de energia e capacidades, além de manter a compatibilidade com a ISA.
|
| |
| |
| Conjuntos de instruções da Arquitetura Intel® (IA) |
A Intel dispõe de três ISAs otimizadas para diferentes segmentos do mercado e aplicativos. Isso nos permite fornecer soluções de liderança do princípio ao fim, em diversas configurações de 64 e 32 bits.
- A IA-64 é para os servidores e aplicativos de computação mais sofisticados. É a ISA para a família de processadores Intel® Itanium®.
- A Intel® 64 está voltada para os clientes e servidores executando os aplicativos mais populares que se beneficiam da computação de 64 bits. É a ISA para:
- Processadores Intel® Xeon®
- Processadores Intel® Core™2 Duo
- A IA-32 é para os clientes executando somente os aplicativos de 32 bits mais populares. É a ISA para:
- Processadores Intel® Celeron® e Intel® Pentium® com configuração de pinos FC-PGA2
- Processadores de ultra baixa potência
- Processadores Intel® Core™ Duo
É importante observar que a Intel® 64 é uma ISA de 64 bits, que é um superconjunto da ISA da IA-32 e compatível com a mesma. Essa ISA mais recente permite que os processadores executem o software de 64 bits recém-criado e acessem quantidades maiores de memória, do que o software de 32 bits.
|
| |
|
|
|
| Visão geral das SSE4 para a arquitetura Intel® |
| |
|
| | As SSE4 são as maiores extensões ISA da Intel, em termos de escopo e impacto, desde as SSE2. As SSE4 têm várias primitivas de vetorização do compilador para se obter ainda mais desempenho da mídia, assim como novas e inovadoras instruções de processamento de seqüências de caracteres. A partir dos processadores baseados na microarquitetura Intel® de 45nm (codinome Penryn) destinados à produção em 2007,1 essas novas instruções começarão a aparecer na maioria dos segmentos de mercado de grande volume, como desktop, portáteis e servidor.2
A Intel tem trabalhado com parceiros da indústria, como fornecedores de software independentes (ISVs) e fornecedores de sistemas operacionais (OSVs), para desenvolver as SSE4 como um novo padrão de conjunto de instruções. Transformamos diversas necessidades dos ISV no melhor conjunto de instruções para otimizar as capacidades únicas, o desempenho e as vantagens da redução no consumo de energia da microarquitetura Intel nos respectivos softwares. As SSE4 oferecerão dezenas de novas instruções inovadoras em duas categorias principais:
- Compilador de vetorização e aceleradores de mídia de SSE4
- Processamento acelerado e eficiente de texto e seqüências de caracteres de SSE4
Para obter informações mais detalhadas sobre essas novas instruções inovadoras, visite o site da Intel na web e leia a publicação técnica intitulada “Estendendo a arquitetura de processadores mais popular do mundo” (PDF 173KB)
|
Por serem as maiores e mais impactantes extensões ISA desde as SSE, as SSE4 e os Application Targeted Accelerators (Aceleradores Direcionados para Aplicativos) são marcos importantes na trajetória de ritmo acelerado da Intel para fornecer produtos com desempenho superior, economia de energia e capacidades expandidas por anos a fio. A liderança e o esforço contínuo da Intel no desenvolvimento de extensões de conjunto de instruções para a arquitetura Intel determinam um percurso contínuo para aumentar o desempenho, a economia de energia e as capacidades de uma grande variedade de softwares. Com as SSE4 e os Application Targeted Accelerators, continuamos trabalhando em conjunto com a comunidade de ISVs para fornecer extensões de conjunto de instruções que realmente permitam que seus produtos propiciem benefícios reais (tudo, desde o aumento de desempenho a uma considerável economia de energia) para seus clientes.
|
Mais info
Para saber mais, visite os seguintes sites da Intel na Web, onde é possível encontrar publicações técnicas, demos e muito mais:
Novo conjunto de instruções Microarquitetura Intel Core Tecnologia e pesquisa da Intel
| |
| |
| Construindo a partir da base da microarquitetura Intel® Core™ |
|
A migração para o processamento multi-core abriu a porta para outras inovações da microarquitetura e no nível de instruções, que podem aumentar ainda mais o desempenho e a economia de energia. Um exemplo relacionado à microarquitetura é o Boost de mídia digital avançado Intel® na microarquitetura Intel® Core™. Este avanço aumenta consideravelmente o desempenho ao executar instruções SSE. Esse boost acelera uma ampla variedade de aplicativos, como aplicativos de vídeo, voz e imagem, processamento de fotos, criptografia, financeiros, de engenharia e científicos. O Boost de mídia digital avançado Intel permite a execução total das maioria das instruções de 128 bits a uma taxa de throughput de um por ciclo do clock, realmente dobrando, com base no clock, a velocidade de execução dessas instruções em relação às gerações anteriores. Este é um exemplo de como a microarquitetura e os conjuntos de instruções trabalham em conjunto e se complementam mutuamente para propiciar os benefícios ao software.
O êxito da Intel na elaboração e implementação de extensões ISA de desempenho e economia de energia, como as SSE3 e Supplemental SSE3, é apenas o início. Essas novas extensões ampliam as capacidades da arquitetura Intel® com várias inovações novas que aumentarão o desempenho e reduzirão a energia de uma grande variedade de aplicativos.
|
| |
|
|
 |
Estes funcionários da Intel também contribuíram bastante para este artigo e para a publicação complementar: Ron Curry, Srinivas Chennupaty, Robert L. Cross, Shihjong Kuo, Mark J. Buxton
|
1 A Intel ainda não anunciou as datas de lançamentos dos produtos de 45nm. 2 A maioria dessas instruções estará disponível no Penryn, e algumas delas nos microprocessadores programados para liberação após o Penryn.
|
|
Todas as informações fornecidas relacionadas a produtos e planos futuros da Intel são preliminares e sujeitas a alterações a qualquer momento, sem aviso.
|
|
|
|  | |
|