CPU 성능 향상 기법

CPU 성능 향상 기법에는 클럭을 이용한 향상기법,멀티 코어 멀티 쓰레드를 이요한 향상기법, 병렬처리를 이용한 향상 기법등이 있다.

 

1.클럭

• 컴퓨터는 클럭 신호에 맞춰 작업을 수행한다.
• cpu는 명령어 싸이클이라는 흐름에 맞춰 명령어를 실행한다.
• 클럭 신호가 빠르게 되면 CPU의 싸이클을 빠르게 반복할 수 있어 성능을 올릴 수 있다.
• overClocking : 클럭 속도를 강제로 끌어올리는 기법(너무 올릴시 발열의 문제가 있다.)

 

2.1 코어, 멀티 코어

• 코어 : CPU 칩 내부에 register와 cache를 갖고 있는 core 만 따로 회로를 구성한 구조
• 멀티 코어 : 코어를 여러개 포함하고 있는 CPU
• CPU내의 명령어를 처리하는 코어가 여러개 있어 성능향상에 도움이 된다.
• 연산 속도가 코어 수에 비례하여 증가하지는 않는다(균등한 업무 분배x)

2.2 쓰레드, 멀티 쓰레드

• 쓰레드 : 하드웨어적 쓰레드와 소프트웨어적 쓰레드로 나뉜다.
• 하드웨어적 쓰레드 : 하나의 코어가 동시에 처리하는 명령어의 단위
• 소프트웨어적 쓰레드 : 하나의 프로그램에서 실행되는 독립적인 실행 단위
• 멀티 쓰레드 : 하나의 코어로 여러 명령어를 동시에 처리하는 CPU

3. 명령어 병렬 처리 기법

순차적인 명령어 실행은 하나가 끝나면 다른 한개가 실행되기 때문에 오래걸린다.

 

명령어 파이프라이닝

• 명령어를 여러개의 독립적은 단계로 분할하고(실행,인출 등 ) 동시에 서로 다른 명령어들을 처리하도록 하는 기법
• 파이프라이닝에는 2단계,4단계 6단계등 명령어를 분할한 개수로 나뉘어서 표현한다.
• k-단계 파이프라인을 이용하면 최대 K배의 속도 향상을 얻을 수 있다.

파이프라인 해저드

• 구조적 해저드
  
  • 동시에 같은 명령들을 수행하지 않기에 발생한다(자원 출돌) 
  • 자원을 늘리는 방법으로 이를 해결할 수 있다.
• 데이터 해저드
  • 데이터 종속성에의해 발생한다.
  • 아직 파이프라인 명령어가 끝나지 않았는데 접근하여 명령어를 실행하려고 할떄 발생한다.
  • RAW(Read Afer Write),WAW(Write After Wirte),WAR(Write After Read),RAR(Read After Read)
• 제어 해저드
  • 분기(JUMP) 명령어에 의해서 발생된다.(분기를 결정하는 시점에 잘못된 명령이 있을경우 발생)
  • 분기 예측으로 어느 경로의 명령어를 인출할 지를 결정하는 방법을 사용하여 예방 할 수 있다.
  • 분기 목적지 선인출 : 분기가 인식되면 분기명령어의 다음 명령어 뿐만 아니라 조건이 만족될 경우의 분기 목적지도 함께 인출하는 방법
  • 지연 분기 : 분기 명령어의 위치를 적절히 조정하여 성능 저하를 최소화 하는 방식

슈퍼스칼라

• cpu의 처리 속도를 높이기 위하여 여러개의 파이프라인을 포함시킨 구조 
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