命令の実行順を変えて高速化するアウトオブオーダー (1/4)
スーパースカラーとアウトオブオーダーはセットの技術 スーパースカラーの次に紹介する技術が、アウトオブオーダーである。アウトオブオーダーはスーパースカラーを前提とした技術である。アウトオブオーダーなしのスーパースカラーはあるが、スーパースカラーなしのアウトオブオーダーはありえない(というか意味がない)ので、現実問題としてスーパースカラーが前提の技術、と考えてよいだろう。 アウトオブオーダーの言葉の意味は「乱れる、狂う、故障する」で、米国では故障した自動販売機とかに「Out of order」とか張り紙がしてあったりする。もちろんここで扱うのは別の意味。「乱れる、狂う」に近いが、ようするに「命令の実行順序を変えてしまう」ものだ。こう書くと、「では前回の命令の並び替えと何が違うのか？」と聞かれそうだが、実は「半分は」同じものである。 アウトオブオーダーは上に書いたとおり、「与えられた命令を一度展
コンピュータアーキテクチャの話(207) 仮想化とハードウェアアーキテクチャ
コンピュータが開発された当初は、1つのプログラムだけを実行するものであったが、コンピュータの能力向上と使いたいというユーザ数の増加から、MITのMulticsのように多数のユーザのプログラムを時分割で実行するマルチタスクOSが開発された。 パソコンの世界では、DOSの時代には一時には1つのプログラムしか実行できなかったがWindows時代になって、 Windowごとに異なるプログラムが並列に実行できるようになった。 マルチプログラム、あるいはマルチタスクと呼ばれる複数のプログラムを並列(正確には10ms程度の人間には感知できない程度の時間で切り替えて)に実行する機能を持つOSでは、プログラムの切り替えに際して、実行中のプログラムのアーキテクチャレジスタを退避し、次に実行するプログラムのアーキテクチャレジスタを以前の格納データから復元するという操作を行う。 多くの場合、このようなマルチタスク
スーパースカラーによる高速化とx86の問題点とは (1/2)
今回はちょっとパイプラインから離れて、「SuperScalar」(スーパースカラー/スーパースケーラとも呼ばれる)の話をご紹介したい。 スーパースカラーの基本とは スーパースカラーという語源は、もともとはスカラーとベクトルという2種類の命令の処理方式に起因する。スカラー型というのは、要するに「普通の」CPUデータ方式で、x86命令のほとんどがこれにあたる。強いて分類すれば「SISD」(Single Instruction Single Data)に相当するもので、原理的にはひとつの命令でひとつのデータを操作するものである(2つとか3つなどの場合もたまにはあるが)。 これに対抗する概念がベクトル型で、身近な例で言えば、MMXから連なる「SIMD」(Single Instruction Multi Data)に分類されるものがそれにあたる。こちらはひとつの命令で複数個のデータを扱えるものを指す
CPU高速化の常套手段 パイプライン処理の基本 【その2】 (1/4)
CPUの性能発揮を阻害する「パイプラインストール」 前回に続き、今回もCPUのパイプライン処理について解説する。前回の最後では、「パイプライン段数を無闇に増やしても問題」という話をした。理由のひとつは消費電力だが、これはまた別の話になるので、今回はもうひとつの理由である「パイプラインストール」と「パイプラインハザード」の方を取り上げてみたい。 この2つは時々混同されることもあるが、基本的には別の要因で発生する問題であり、対応方法もちょっと異なる。まず前提として図1のようなケースを考えてみる。パイプライン段数は10段となっているため(昨今のx86プロセッサーから言えば短め)、例えば15個の命令を処理するのに要する時間は、合計24サイクルを要する計算だ。 まずパイプラインストールだが、これはパイプラインが「止まる」(Stall)することを示す。よくありがちなのは、Data Fetchだ。これは
CPU高速化の常套手段 パイプライン処理の基本 【その1】 (1/4)
今回はCPUのパイプラインについて説明をしてみたいと思う。だがその前に、デジタル回路の基礎を、ちょっとだけ復習しておきたい。 そもそもゲートとはなんぞや？ デジタル回路ではよくGate(ゲート)という用語が出てくる。ゲートという用語は非常によく使われるが、大別して2つの意味がある。ひとつは「門」としてのゲートで、例えばトランジスター内部の電圧制御を行なう部分を指す。「ゲート酸化膜」だの「HKMG」(High-k Metal Gate)だのというのがこちらである。「Clock Gating」とか「Power Gating」も同様で、こちらはクロック信号や電力供給回路の「門として作用する回路」の意味だ。 もうひとつの意味が、「デジタル回路の最小単位」の意味である。デジタル回路の最小単位と言えば論理回路のことで、NOT/AND/ORという3種類の演算と、0と1(もしくはLowとHigh)の2種類
x86 CPUアーキテクチャーの進化を振り返る (1/3)
本連載も前回までで、x86系に関しては一応、CPUからGPU、チップセットの各ジャンルについてロードマップを解説し終えた。「さて次に何をやりましょうか？」と編集氏と相談の結果、CPUの内部アーキテクチャーの進化について、これもロードマップ的に紹介することにした。 多彩なアーキテクチャーの進化は相互に関連している さて、「CPUアーキテクチャーの進化」と一口に言っても、方法論が山ほどあったりする。PC向けのx86 CPUに限って大雑把に分類し、ざっと書き並べても、これくらいの技術が進化の中で採用されている。 命令セット自体の進化 CISC命令の多様化、CISC→RISCの変遷とRISC→CISCへのゆり戻し、ベクトル命令とSIMD/MIMDの進化、VLIW(Very Long Instruction Word)の実用化、MicroOp、コードモーフィング CPU処理ユニットの進化 パイプライ
KDDI株式会社――Tomorrow, Together
KDDIは、大阪・関西万博「フューチャーライフ万博・未来の都市」のプラチナパートナーです。 万博会場のパビリオン展示とあわせて、「バーチャル未来の都市」を参画企業との共創により提供しています。
今知っておきたい仮想化時代のCPU技術
仮想化とミッション・クリティカル 昨今「クラウド」というキーワードをいろいろなところで耳にする。もともと「サーバー」は各企業のサーバールームにあって、その企業専用のデータベース等に使用されるのが一般的であった。無論今でもこういった用途で使われているところは多いと思うが、ご存じの通り携帯電話を始めとする、さまざまなモバイル形態の発達とそれに伴うネットワーク網の急速な発達によって、サーバーにも新しい役割が与えられてきている。 大量のサーバーを集約したデータセンターを構築し、ネットワークを通じてさまざまなサービスを提供する業態が発生し、ユーザーから見るとサービスの提供元はネットワークの向こうに存在しているが、それがどういった経路でどこに存在しているのかは意識していない。まさに相手は「雲の中」に存在しているのだ。データセンターはさまざまな制限、例えば限られたサーバーの設置面積、電力量等の中で、可能
インテルの最新Xeonプロセッサーを知る
今やITインフラはビジネスをより効率良く展開していくために必要不可欠なものとなっている。業務形態は急速に変化を遂げており、ITインフラはビジネスの成長と共に見直す必要がある。そういった環境の中で、企業は限られた予算の中で規模の増大に伴う電力消費、機材設置面積の増大に対応していく必要がある。 こういったニーズに応えるべくインテルではサーバー向けプロセッサー、「インテル Xeon プロセッサー」（以下、Xeon）を常に進化させてきた。昨年秋にXeon 3400番台、今年に入ってからXeon 5600番台、7500番台といった製品を発表している。 Xeonプロセッサーの型番による違い Xeon 3400番台 1ソケット・サーバー、ワークステーション用途で比較的処理量の少ない小規模サーバーをローコストで構築する場合に適している。 Xeon 5600番台 サーバーの主力となる2ソケット・サーバー向け
CPUの進化に関して：少しでもパラノイアになってみる：オルタナティブ・ブログ
上記の記事にを読んでCPUの進化に関して考えてみました。 CPUの進化を方向性を決めている法則は以下の三つでしょう。 ・ムーアの法則 ・ポラックの法則 ・アムダールの法則 ムーアの法則は有名で説明する必要もないでしょう。"トランジスタの集積密度は、18～24か月ごとに倍になる"はIT業界の進歩を支えている法則です。このおかげで、IT業界は、他の業界よりも早く低コスト化が進んでいます。 ポラックの法則はマイナーで"プロセッサの性能はそのダイサイズの平方根に比例する"とあります。CPUを大きくしてもあまり早くならないと言う経験則ですが、わかりにくいです。ユーザではこれを経験するケースはあまりないのではないでしょうか。設計している人達用の経験則でしょう。このため、少しは変更して考えるべきです。 例えば、Core 2 Extreme QX6850とCore 2 Extreme QX9770は、トラ
CPUのシステムバスと、プラットフォーム/パソコン購入知識
パソコン購入をアドバイス！ パソコンの頭脳であるCPUを解説！スペックを知るには、ブランド、動作周波数、キャッシュメモリなどがあります。それらを分かりやすく解説。また、CPUの性能アップとなるテクノロジーについても解説。 【サイトマップ～DELLガイド】 デスクトップ・レビュー XPS 8500 Inspiron 660s Inspiron 660 XPS One 27 Inspiron One 2020 ノートパソコンレビュー Inspiron 15（3520） Inspiron 15R（5520） Inspiron 15R SE XPS 15 Inspiron 17R SE Inspiron 14z Ultrabook XPS 14 Ultrabook Inspiron 13z（5323） XPS 13 Ultrabook（L321X） Alienware M14x（M14xR2） I
IntelとCell/B.E.のベクトル演算 （1/2）－ ＠IT
第6回 IntelとCell/B.E.のベクトル演算 株式会社フィックスターズ 好田 剛介 2010/2/15 CPUの周波数の高速化競争が頭打ちになり、1コアにおける処理能力は限界となった。CPUの進化がマルチコア化に向かった結果、並列コンピューティングの門戸が開かれた（編集部） ベクトル演算を積極的に用いてプログラムを高速化する方法を説明します。 CPUの持つベクトル演算という機能は、第2回「現代のプロセッサと並列実行」でも解説しましたが、おさらいしておきましょう。 ベクトル演算とは、CPUの持つ命令のうち、複数個の整数値や実数値に対して1つの演算を同時に実行させるものです。 例えば、4個の32bitデータを1個の128bitデータにまとめ、op演算を行う場合のベクトル演算は、図1のようになります。 Intel SSE演算器 PCの世界で有名なIntelのプロセッサもベクトル演算を持っ
アキュムレータとは - IT用語辞典 e-Words
アキュムレータとは、蓄積するもの、蓄圧器、蓄電池、蓄財家などの意味を持つ英単語。半導体の分野では、マイクロプロセッサなどの内部でデータを記憶するレジスタの一種で、論理演算や算術演算の結果を一時的に保持しておくためのものをアキュムレータと呼ぶ。「累算器」「積算器」と訳されることもある。 あるデータに対していくつかの演算を連続して行うという状況は非常に多く発生するが、このとき前の命令の演算結果を次の命令が受け取るのにいちいちメモリにアクセスするのは非効率なため、プロセッサ内部で高速にデータの受け渡しができるように設けられている。 古い時代のコンピュータでは、基本的な算術演算などを行う命令の多くが、引数に指定された値やメモリアドレスの内容とアキュムレータに保存されている値で演算（加減乗除など）を行い、結果をアキュムレータに上書きするという動作になっていた。 マイクロプロセッサの時代になると演算命
俺の覚書 仮想化のオーバヘッドと性能を向上させる3つの技術（大幅改定）
仮想化の根本的な部分を更に勉強し直したので、その覚書の大幅改定。 □仮想化支援機能 □ホスト型とハイパーバイザ型 □完全仮想化（Full virtualization）と準仮想化（Para Virtualization） の３つについて。 上記3つの説明の前に、まず仮想化によるオーバヘッドの原因についてのまとめ。 【仮想化によるオーバヘッド】 完全仮想環境でホスト型仮想化ソフトを利用した場合の、性能上オーバヘッドになる部分をまとめてみた。一応、自分なりに4つにまとめてみた。まあ、これ以外にも細かい点ではいっぱいあるだろうがｗ 赤字は、その問題を解決する下記で紹介されている技術。ちなみに、この中で今一番の仮想化の問題は ③IOデバイス（ディスク、ネットワーク、グラフィック）のドライバ二重介在による処理変換のオーバヘッド だろうなー。ハイパーバイザ型の仮想化ソフトでもこの問題は顕在化しているし
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コンピュータ基礎の基礎～スーパースカラプロセッサ | 艦長日誌・私的記録 DS9
コンピュータ基礎の基礎～キャッシュメモリ | 艦長日誌・私的記録 DS9
コンピュータ基礎の基礎～パイプライン | 艦長日誌・私的記録 DS9
7.動作電圧・消費電力 - CPU総論
4.ベースクロックとクロック逓倍率 - CPU総論
CPUは動作周波数が高いほど高性能？？
