path: root/aoc/n1.lyx

#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
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\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

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