컴퓨터구조) Performance

CPU Time

• 한 컴퓨터 프로그램이 CPU를 차지하여 일을 한 시간의 양
• 컴퓨터의 성능을 측정하기 위해 사용된다.
• CPU Time = Instruction Count x CPI x Clock Cycle Time
• CPU Time이 적을수록 성능이 좋다고 할 수 있다.
• clock cycle을 줄이거나 clock rate가 올라가면 성능이 향상된다.
  
  
  

Instruction Count & CPI

Instruction Count

• 명령어의 수

CPI

• Cycles per Instructions
• Instruction의 실행주기
• 짧은 CPI를 가진 IC가 많을수록 성능이 좋다고 할 수 있다.
  
  
  

성능에 영향을 미치는 요소

• 알고리즘 : IC, CPI
• 프로그래밍 언어 : IC, CPI
• 컴파일러 : IC, CPI
• ISA(명령어셋) : IC, CPI, T
  
  
  

Clock period

• Duration of a clock cycle
• 하나의 clock cycle이 걸리는 시간
• 1/clock rate로 나타낼 수 있다.
  
  
  

Power wall

• clock rate는 매년 꾸준히 늘다가 2004년을 기점으로 늘지 않고 있다.
• 왜냐면 전력소모가 많이 줄었기 때문
• 전력소모량은 Capacitive loadxVoltage^2xFrequency로 구할 수 있는데 Voltage가 많이 줄었기 때문에 Frequency가 많이 늘어났음에도 전력소모량은 크게 늘지 않았다.
• 그런데 Voltage가 높을수록 전력소모와 열 발생이 많은데 Voltage를 더이상 줄일 수가 없게 되었기 때문에 기존에 clock rate을 증가시키는 방법으로는 성능 향상을 꾀하기가 어려워졌다.
• 2004년 이후로 clock rate을 증가시키지 못한 이유가 CPU에서 발생하는 열을 해결하지 못해서였다.
• 그래서 clock rate을 올리지 않고 성능을 향상시키기 위한 방법으로 Multi-core가 등장하게 된다.
  
  
  

Multiprocessors

• Multicore microprocessors : 하나의 칩 안에 프로세서가 여러 개 있는 것
• Parallel programming이 필요하다.
  • 하드웨어가 여러 명령을 동시에 실행할 수 있지만 그만큼 프로그래밍이 어렵다.
    
    
    

CPU 성능 측정

• SPEC CPU Benchmark로 측정하거나 MIPS(Millions of Instructions per Second : 시간당 몇백만개의 명령을 실행하는가)를 이용해 측정할 수 있는데 SPEC CPU Benchmark가 더 정확하다고 할 수 있다.
• SPEC CPU Benchmark는 여러 파트에서 측정한 시간값을 바탕으로 총점을 매기는데 MIPS는 IC와 Exectution time을 이용해 계산하기 때문에 컴퓨터마다 ISA(명령어셋)가 다르고 또 명령어마다 필요한 CPI값이 다를 수 있기 때문에 객관적이라 하기 어렵다.
  
  
  

Amdahl’s Law

• 컴퓨터의 어느 한 부분의 성능을 향상시키면 전체 성능의 향상은 그 부분이 컴퓨터에서 차지하는 비율만큼 향상된다는 법칙
• Corollary : make the common case fast
• 따라서 전체 시스템에서 차지하는 비율이 높은 부분의 성능을 향상시키는 것이 전체 성능 향상에 도움이 된다.
  
  
  

대기 중 전력소모

• CPU를 거의 사용하지 않는 상황에서도 생각보다 전력소모가 크다.
  • 예를 들어 CPU가 10%만 사용중인데 전력은 전체의 47%를 사용한다는 등
• 그래서 프로세서를 만들 때 전력소모의 비율이 CPU 사용량에 비례되게 설계할 필요가 있는데 쉽지 않다.
  
  
  

출처

• KOCW 영남대학교 최규상 교수님 공개강의