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Cell process
- 1. Etude du microprocesseur2013 Page 1 Etude du microprocesseur Cell processor Présenté par : Abderrahmane Zineb Bekkouche Selma Lanasri Dihia Mallem Saliha Meddahi Imène Tebbi Souad Zakia 2012 - 2013
- 2. Etude du microprocesseur2013 Page 2 Sommaire Introduction ........................................................................................................................... 3 1. Historique........................................................................................................................ 4 2. Architecture du Cell......................................................................................................... 4 3. Les performances du Cell................................................................................................ 5 La performance de Cell en bande passante............................................................... 5 La performance de Cell en double précision ............................................................ 5 La performance de Cell en simple précision............................................................. 5 4. Les benchmarks du Cell .................................................................................................. 5 5. Comparaison entre les différentes générations du Cell :.................................................. 6 6. Caractéristiques du CELL ............................................................................................... 6 7. Domaines d’application................................................................................................... 7 8. Avenir du microprocesseur.............................................................................................. 7 Avenir du Cell selon les fabriquants ....................................................................... 7 Conclusion............................................................................................................................. 8 Références.............................................................................................................................. 8
- 3. Etude du microprocesseur2013 Page 3 Introduction Depuis quelques années, les architectures des processeurs varient peu. Sachant qu’il y avait l'apparition des processeurs tel que le 80x86, de nombreuses fonctionnalités supplémentaires (gestion des consommations, de virtualisation), sans oublier les processeurs multi cœurs qui ont permis de répondre à la demande toujours croissante de puissance que les systèmes classiques ne pouvaient satisfaire mais aucun changement fondamental dans le paysage de l'électronique pour PC et les fréquences des processeurs commencent à stagner. Mais la naissance du processeur CELL qui avait une architecture multi cœur ,a permis d'obtenir des performances très élevées en proposant plusieurs niveaux de parallélisme. Alors dans toute la suite, on s’intéressera à étude du processeur Cell pour pouvoir dégager ses caractéristiques et ses performances qui l’on qualifier comme étant un processeur très puissant. Figure1 : Architecture du Cell
- 4. Etude du microprocesseur2013 Page 4 1. Historique Les discussions concernant le projet Cell ont débuté en été 2000, regroupant, à Tokyo, SCEI (Sony Computer Entertainment Incoporated), IBM et Toshiba pour un débat sur les choix architecturaux à faire. Il a été décidé que les architectures traditionnelles ne pouvaient plus suffir aux besoins de puissances (SCEI souhaitait un processeur 100 fois plus puissant que celui de la Playstation 2). Dès fin 2000, le concept était posé: une architecture Power 64bits, d'un contrôleur de flux mémoire et de processeurs « synergistic » afin d'obtenir une puissance de calcul suffisante. En Octobre 2005: Mercury annonce Cell Blade En Novembre 2005: l’Open Source SDK et le simulateur ont été publiés Février 8, 2006: IBM a annoncé Cell Blade Juillet 17, 2006: SDK 1.1 était disponible Octobre 17, 2007: SDK 3.0 était disponible En 2008, IBM a annoncé une variante révisée de la cellule appelée PowerXCell 8i Cell comme dérivé du PowerPC Le processeur CELL est le dérivé du PowerPC ( Performance Optimization With Enhanced RISC Performance Computing) qui est une gamme de microprocesseurs dérivée à son tour de l’architecture de processeur RISC POWER d’IBM , et développée conjointement par Apple , IBM et FreeScale 2. Architecture du Cell PPE: c’est le processeur principal, exécute le OS et la plupart des applications : 64 bits, 512K de cache, utilise le jeu d'instructions PowerPC, mais il n'est pas basé sur l'existant; son architecture est différente, capable d'exécuter 2 threads simultanément. EIB : C’est le cœur de communication entre les différents composants, composé de quatre bus en anneau, chaque bus a une largeur de 16 octets, une bande passante maximale de 96 octets par cycle. Figure2 : Architecture interne SPE : chaque SPE est un processeur autonome et indépendant des autres, contient des registres de 128 x 128 bits, capable de faire 32 GOPS, de surface 15 millimètres carrés, consomme moins de 5 watts à 4GHz. Il est constitué de trois unités • Synergistic Processing Unit (SPU) : c’est une unité de calcul adaptés au traitement vectoriel vu qu’ils opèrent essentiellement sur des vecteurs de 4 éléments de 32 bits. Ainsi chaque SPU se charge d’opérations flottantes, les opérations arithmétiques et logiques • Local Store (LS) : c’est une mémoire embarquée sous la forme de 256 Ko de SRAM qui est différente de la mémoire cache. • le Memory Flow Controller (MFC) : Comme l’espace mémoire du LS est insuffisant, les SPE transite des données depuis la mémoire principale en permanence. C’est le rôle du MFC qui est en fait un contrôleur assurant la cohérence des données en mémoire
- 5. Etude du microprocesseur2013 Page 5 MIC : sert à interfacer la RAM en utilisant la technologie Rambus XDR qui a permis d’obtenir une bande passante de 25,6Go/s (double de celle des PC actuelles). BEI : permet d’interfacer la connexion avec des dispositifs externes et permet une configuration multi- systèmes. 3. Les performances du Cell La performance de Cell en bande passante une bande passante mémoire totale de 25,6 Go/s cadence de l’horloge 30.2 GHZ La performance de Cell en double précision Tous les sept cycles chaque SPE Traite un vecteur de deux éléments, Effectue deux opérations sur chaque élément. 8*2*2*3.2Ghz/7=14.63 Gflops/s PPE peut: Traite un vecteur d’un élément Effectue deux opérations sur l’élément. 2*3.2Ghz=6.4 Gflop/s Total= 21.03 Gflop/s La performance de Cell en simple précision Dans un cycle chaque SPE : Figure 3 : le microprocesseur Cell traite un vecteur à quatre éléments, effectue deux opérations sur chaque élément. 8*4*2*3.2GHz=204.8Gflops/s PPE peut: traiter un vecteur à quatre éléments, effectuer deux opérations sur chaque élément. 4*2*3.2GHz=25.6 Gflops/s Total= 230.4 Gflops/s 4. Les benchmarks du Cell Le benchmark sur les CPUs est utilisé pour avoir une idée sur la puissance du processeur en se basant sur la notion de comparaison.
- 6. Etude du microprocesseur2013 Page 6 Figure 4 : le benchmark du processeur Cell La comparaison par rapport à l’unité de traitement a montré que le SPE du Cell est plus performant que les unités de traitement des autres processeurs. 5. Comparaison entre les différentes générations du Cell : Nom Le processseur cell actuel(2010) Processeur Cell génération précédente(2008) La génération précédente de Cell(2006) Gravure 45nm 65nm SOI manufacturing process 90nm SOI manufacturing process Taille ~100 mm2 140 mm2 221 mm2 Nombre de transistor 234M 234MILLIONS 234M Fréquence d'horloge >6GHz 6GHz > 4GHz Puissance de pointe annoncée >450 GFLOPS 384 GFLOPS 205 GFLOPS On remarque que la dernière génération des microprocesseurs Cell est plus performante, rapide et de petite taille par rapport aux générations précédentes. 6. Caractéristiques du CELL Le CELL dispose de 234 millions de transistors gravés sur une surface de 100 mm2 . Sa version finale tourne à plus de 6 GHz alimenté sous une tension de 1,3 V. Sa technologie est de 45 nm. Son contrôle de température est dynamique. Ces propriétés lui permettent d’avoir deux grandes caractéristiques qui sont : le rendement et l’efficacité. De plus, la puissance théorique de ce CPU peut dépasser le 450 GFLOPS pour les calculs de simple précision à virgule flottante par seconde, et 20 GFLOPS pour les calculs de double précision. Il a été également démontré que les SPE sont capables d'atteindre quasiment 100 % de leurs puissances théorique.
- 7. Etude du microprocesseur2013 Page 7 Le Cell exécute le code dans l’ordre, il ne le réorganise pas, et pour chaque cycle le PPE ne peut lancer que deux instructions. Une autre propriété du CELL, c'est qu'il est optimisé pour le calcul parallèle ce qui implique la possibilité de communication et le partage de travail entre plusieurs CPUs. 7. Domaines d’application Il équipe la console de jeu vidéo PlayStation 3 de Sony Il est envisagé de produire également des ordinateurs à base de Cell chez Mercury Computer Systems et Toshiba (Qosmio F50/55 et G50/55). les applications multimédia, TVHD (Sony, Toshiba) le rendu en temps réel, les simulations physiques, le traitement du signal (DSP) l'imagerie médicale, l'aérospatial et la défense, le calcul sismique, les télécommunications sa très grande puissance de calcul le rend très attractif dans de nombreux domaines comme le calcul intensif (HPC), le traitement d'images (TI) et la vision industrielle (VI). Des scientifiques de l'université de StanFord sont en train de mettre au point un super-ordinateur comprenant plusieurs Cell. La nouvelle génération de serveur lame d’IBM (utilisé pour le nouveau BladeCenter H) regroupe 9 processeurs CELL. Conçu pour les traitements de calcul intensif et les applications multimédia à forte demande en bande passante, il permet d’augmenter de manière significative la bande- passante des petits serveurs lames. 8. Avenir du microprocesseur Le Cell a un très grand avenir : Toshiba devrait se servir du Cell dans ses prochaines gammes d'écrans TV, qui un jour permettront d'offrir, par exemple, au fan de football une expérience totalement nouvelle en contrôlant les angles de caméra et en récupérant des informations en temps réel sur le match. Des compagnies spécialisées dans l'imagerie médicale prévoient un avenir au processeur "C'est un coup d'œil dans le futur" dit Craig Lund, Chef officier du département technologique chez Mercury. IBM est déjà en train de travailler sur des versions avancées du Cell, et a lancé un programme d'aide pour son processeur futuriste. 10 000 programmeurs l'ont déjà téléchargé. IBM, avec un chiffre d'affaires s'élevant à 94 Billions de Dollars, voit dans le Cell aussi une façon de dynamiser le secteur. Avenir du Cell selon les fabriquants Le renommé designer de processeur, Jim Kahle qui a supervisé la création du Cell déclare : "Nous pensons que cette puce va donner un nouveau souffle à l'économie industrielle… elle nous offre un niveau de performances jamais atteint avec une autre architecture", poursuit Peter Hofstee, chef architecte du Cell:" Nous parlons d'absolument tous les domaines, allant des TV aux shoot-them-up, jusqu'à la construction de supers-ordinateurs"
- 8. Etude du microprocesseur2013 Page 8 Conclusion Malgré les hautes performances que Cell a atteintes, ses constructeurs ne veulent pas s’arrêter là mais ils pensent à construire un processeur plus performant : de plus petite taille, moins gourmand en énergie, il dissipera aussi moins de chaleur, et pourra donc se refroidir plus facilement. En outre, Le Cell reste une grande réussite. Sa puissance éprouvée par de nombreuses entreprises et au travers de la Playstation 3 montre la puissance de cette architecture encore toute neuve. Donc le défis est toujours continu, on veut minimiser la taille et augmenter les performances et c’est le but des fabricants Cell. Références http://www.pcinpact.com/news/41692-IBM-Cell-45nm-PS3-Sony.htm http://www.presence-pc.com/tests/Le-processeur-Cell-366/ http://www.play3-live.com Dossier publié le 16/02/2006 par Noodson http://www.pcinpact.com Bruno Cormier, Le 27 décembre 2005 à 10:47 (25 077 lectures) www.office365.com www.wiképédia.com *Programmation par squelettes algorithmiques pour le processeur CELL, Joel Falcou, Tarik Saidani, Lionel Lacassagne et Daniel Etiemble RenPar'18 / SympA'2008 / CFSE'6 Fribourg, Suisse, du 11 au 13 fevrier 2008 *Calcul scientifique précis et efficace sur le processeur CELL ,NGUYEN Hong Diep Rapport de stage recherche de master 2 effectué au laboratoire LIP6 *Le Microprocesseur Cell , Nicolas Morey‐Chaisemartin 3/23/2008 *Le processeur CELL (Architecture et programmation) Jean-Luc.Lamotte@lip6.fr , Université P. et M. Curie Laboratoire LIP6 - CNRS 7606.