#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ \lyxformat 544 \begin_document \begin_header \save_transient_properties true \origin unavailable \textclass book \use_default_options true \begin_modules algorithm2e \end_modules \maintain_unincluded_children false \language spanish \language_package default \inputencoding auto \fontencoding global \font_roman "default" "default" \font_sans "default" "default" \font_typewriter "default" "default" \font_math "auto" "auto" \font_default_family default \use_non_tex_fonts false \font_sc false \font_osf false \font_sf_scale 100 100 \font_tt_scale 100 100 \use_microtype false \use_dash_ligatures true \graphics default \default_output_format default \output_sync 0 \bibtex_command default \index_command default \paperfontsize default \spacing single \use_hyperref false \papersize default \use_geometry false \use_package amsmath 1 \use_package amssymb 1 \use_package cancel 1 \use_package esint 1 \use_package mathdots 1 \use_package mathtools 1 \use_package mhchem 1 \use_package stackrel 1 \use_package stmaryrd 1 \use_package undertilde 1 \cite_engine basic \cite_engine_type default \biblio_style plain \use_bibtopic false \use_indices false \paperorientation portrait \suppress_date false \justification true \use_refstyle 1 \use_minted 0 \index Index \shortcut idx \color #008000 \end_index \secnumdepth 3 \tocdepth 3 \paragraph_separation indent \paragraph_indentation default \is_math_indent 0 \math_numbering_side default \quotes_style french \dynamic_quotes 0 \papercolumns 1 \papersides 1 \paperpagestyle default \tracking_changes false \output_changes false \html_math_output 0 \html_css_as_file 0 \html_be_strict false \end_header \begin_body \begin_layout Standard Llamamos \series bold arquitectura \series default de un computador a: \end_layout \begin_layout Enumerate La \series bold ISA \series default ( \emph on \lang english Instruction Set Architecture \emph default \lang spanish ), el conjunto de instrucciones del procesador. Normalmente hay una ISA base, como x86, ARM o RISC-V, con extensiones. \end_layout \begin_layout Enumerate La \series bold microarquitectura \series default , la implementación de cada instrucción de la ISA. \end_layout \begin_layout Enumerate El diseño del \emph on \lang english hardware \emph default \lang spanish . \end_layout \begin_layout Standard Llamamos \series bold tamaño característico \series default ( \emph on \lang english feature size \emph default \lang spanish ) al tamaño mínimo de un transistor en un chip. Fue reduciéndose de \begin_inset Formula $\unit[10]{\mu m}$ \end_inset en 1971 a \begin_inset Formula $\unit[10]{nm}$ \end_inset en 2019. Así, la \series bold ley de Moore \series default afirma que se podrá construir un chip con el doble de transistores cada 18–24 meses, y la \series bold ley de Dennard \series default ( \emph on \lang english Dennard scaling \emph default \lang spanish o \emph on \lang english MOSFET scaling \emph default \lang spanish ) afirma que a medida que disminuye el tamaño de los transistores, la densidad de potencia consumida permanece constante. \end_layout \begin_layout Standard Al disminuir el tamaño característico, la frecuencia de reloj puede aumentar de forma más o menos proporcional porque los transistores cambian de estado más rápido; la \series bold densidad de integración \series default , o densidad de transistores, aumenta cuadráticamente, y en general se podía aumentar proporcionalmente el tamaño del chip. Estos transistores se usan para aumentar los recursos del chip mediante paralelismo y cachés, por lo que los programas limitados por CPU aumentaban su velocidad de forma cuadrática sin cambios. No obstante, actualmente esto plantea varios problemas. \end_layout \begin_layout Section Potencia consumida \end_layout \begin_layout Standard La energía debe ser traída al chip mediante pines, distribuida entre las distintas capas y disipada para evitar el sobrecalentamiento. La \series bold potencia de diseño térmico \series default ( \series bold TDP \series default , \emph on \lang english Thermal Design Power \emph default \lang spanish ) es la usada como objetivo para la fuente de alimentación y el sistema de refrigeración. Se divide en \series bold potencia estática \series default , producto del voltaje, la intensidad de potencia de fuga por transistor y el número de transistores, y \series bold potencia dinámica \series default , proporcional al nivel de uso, el cuadrado del voltaje y la frecuencia de reloj. \end_layout \begin_layout Standard Inicialmente la potencia estática era casi despreciable. Actualmente, al no poder bajar el voltaje por debajo de unos \begin_inset Formula $\unit[0.5]{V}$ \end_inset , la potencia dinámica sigue aumentando al seguir aumentando la frecuencia y la potencia estática aumenta aun más rápido porque se sigue aumentando el número de transistores, por lo que la potencia estática está en torno al \begin_inset Formula $\unit[\text{25--50}]{\%}$ \end_inset de la potencia total. Además, deja de cumplirse la ley de Dennard y surge el \series bold \emph on \lang english dark silicon \series default \emph default \lang spanish , un límite en el área total de un chip que se puede encender a la vez sin superar el \end_layout \begin_layout Standard La \series bold densidad de potencia \series default es la potencia disipada por unidad de superficie, y ha ido aumentando, pero el \series bold rendimiento por vatio \series default también ha aumentado mucho. Las soluciones de enfriamiento para alta densidad de potencia son caras o poco prácticas, por lo que se busca reducir la potencia con técnicas como: \end_layout \begin_layout Enumerate Reducir la frecuencia de reloj dinámicamente. \end_layout \begin_layout Enumerate \series bold DVFS \series default ( \emph on \lang english Dynamic Voltage Frequency Scaling \emph default \lang spanish ): Reducir el voltaje o la frecuencia de zonas que no se estén usando. \end_layout \begin_layout Enumerate Apagar selectivamente núcleos del procesador. \end_layout \begin_layout Enumerate Estados de bajo consumo en RAM, discos duros, etc. \end_layout \begin_layout Section Problemas \end_layout \begin_layout Standard Disminuir el CPI requiere aumentar el bus de datos. Se suele hacer con segmentación, pero a partir de 10 etapas aparecen muchos conflictos, por lo que se replica el cauce usando ejecución superescalar (varias instrucciones empezando y terminando a la vez) fuera de orden y especulativa. Esto requiere mucho \emph on \lang english hardware \emph default \lang spanish , por lo que consume mucha energía. \end_layout \begin_layout Section Acceso a memoria \end_layout \begin_layout Standard La mejora en los procesadores es más rápida que en la memoria, y el bus entre ambas tiene muy alta latencia. La ejecución fuera de orden solo puede mitigar este problema parcialmente. \end_layout \begin_layout Section Fiabilidad \end_layout \begin_layout Standard Al reducir el tamaño de los componentes, estos son más sensibles a partículas cargadas en el ambiente, por lo que los bits pueden cambiar de valor. Por ello se crean memorias y cachés con códigos de corrección ( \series bold ECC \series default , \emph on \lang english Error Correction Codes \emph default \lang spanish ). También surgen problemas de impedancia y capacitancia que dan lugar a \series bold \emph on \lang english dark silicon \series default \emph default \lang spanish , parte del área del chip que no se puede usar por estos problemas. Finalmente, al ser los diseños de procesadores más grandes, es más difícil comprobar su corrección, y como los transistores reciben y alteran la señal de reloj, al aumentar su número puede haber modificaciones perceptibles en dicha señal, lo que llamamos \series bold sesgo de reloj \series default o \series bold \emph on \lang english clock skew \series default \emph default \lang spanish . \end_layout \end_body \end_document