Colaborativo 1

MICROCONTROLADORES Y MICROPROCESADORES

Trabajo Colaborativo 1Actividad Individual

Grupo: 309696_19

Julián Corchuelo Ruiz Código: 17.593.909

Alumno

Hector Ivan Blanco Tutor

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIAESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

CEAD BUCARAMANGA2015

INTRODUCCION

A continuación se presenta una consulta acerca de las características de los microprocesadores

actuales (los de última generación), así mismo una explicación relacionada con la memoria cache,

útil para agilizar los procesos y ejecución de instrucciones en el procesador y una clasificación de

la 10 supercomputadoras más potentes actualmente, manejado a partir de múltiples revisiones

bibliográficas en la web.

Inicio de la actividad

1. Investigación individual.

El estudiante de manera individual, deberá presentar un aporte en el foro colaborativo donde

presente de manera clara y precisa los siguientes ítems:

a. Microprocesadores actuales: del material estudiado e investigado como un aporte de autoría

propia presentar una descripción y características generales de los últimos

microprocesadores en el mercado de equipos PC y su fabricante (años 2014-2015).

MICROPROCESADOR

DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS IMPORTANTES

INTEL CORE I7 5960X

Cache inteligente de 20 MBConjunto de instrucciones de 64 bitsExtensiones de conjunto de instrucciones SSE4.2, AVX 2.0, AESLitografia de 22nm8 nucleos16 subprocesosFrecuencia basicas 3GHzFrecuencia turbo maxima 3,5 GhzTamaño de memoria maximo 64 GbTipos de memoria DDR4 1333/1600/21334 canales de memoria68 GB/s de maximo ancho de banda de memoria

INTEL CORE I7 4960X

Cache inteligente de 15 MBConjunto de instrucciones de 64 bitsExtensiones de conjunto de instrucciones SSE4.2, AVX, AESLitografia de 22nm6 nucleos12 subprocesosFrecuencia basicas 3,6 GHzFrecuencia turbo maxima 4 GhzTamaño de memoria maximo 64 GbTipos de memoria DDR3 1333/1600/18664 canales de memoria59,7 GB/s de maximo ancho de banda de memoria

INTEL CORE I7 5930X Cache inteligente de 15 MBConjunto de instrucciones de 64 bits

Extensiones de conjunto de instrucciones SSE4.2, AVX 2.0, AESLitografia de 22nm6 nucleos12 subprocesosFrecuencia basicas 3,5 GHzFrecuencia turbo maxima 3,7 GhzTamaño de memoria maximo 68 GbTipos de memoria DDR4 1333/1600/21334 canales de memoria68 GB/s de maximo ancho de banda de memoria

INTEL CORE I7 4930X

Cache inteligente de 12 MBConjunto de instrucciones de 64 bitsExtensiones de conjunto de instrucciones SSE4.2, AVX, AESLitografia de 22nm6 nucleos12 subprocesosFrecuencia basicas 3,4 GHzFrecuencia turbo maxima 3,9 GhzTamaño de memoria maximo 64 GbTipos de memoria DDR3 1333/1600/18664 canales de memoria59,7 GB/s de maximo ancho de banda de memoria

INTEL CORE I7 3970X

Cache inteligente de 15 MBConjunto de instrucciones de 64 bitsExtensiones de conjunto de instrucciones SSE4.2, AVX, AESLitografia de 32nm6 nucleos12 subprocesosFrecuencia basicas 3,5 GHzFrecuencia turbo maxima 4 GhzTamaño de memoria maximo 64 GbTipos de memoria DDR3 1066/1618664 canales de memoria51,2 GB/s de maximo ancho de banda de memoria

b. Explique la utilidad, funcionalidad y relación entre los niveles de cache implementada en la

arquitectura de diseño de los microprocesadores actuales.

Utilidad:

En la actualidad esta memoria está integrada en el procesador, y su propósito principal es

almacenar una serie de instrucciones y datos a los que el procesador accede continuamente, con

la finalidad de que estos accesos sean instantáneos. Estas instrucciones y datos son aquellas a las

que el procesador necesita estar accediendo de forma continua, por lo que para el rendimiento

del procesador es imprescindible que este acceso sea lo más rápido y fluido posible.

Las memorias caché son extremadamente rápidas (su velocidad es unas 5 veces superior a la de

una RAM de las más rápidas), con la ventaja añadida de no tener latencia, por lo que su acceso

no tiene ninguna demora… pero es un tipo de memoria muy costosa.

Esto, unido a su integración en el procesador (ya sea directamente en el núcleo o no) limita

bastante el tamaño, por un lado por lo que encarece al procesador y por otro por el espacio

disponible.

Funcionalidad

Constituye un puente entre la memoria RAM y los resgitros que intercambian datos con las

unidades de ejecución de microprocesador.

Se organiza en niveles, de menor a mayor tamaño según lo alejada que esté del micro. Si el

procesador necesita un dato de la memoria se comprueba si este se encuentra en el primer nivel.

En caso de no encontrarlo, se busca en el segundo nivel y si no en el tercero. Todo se acelera si

se colocan los datos más utilizados en los niveles más cercanos al procesador.

Cada uno de estos niveles tiene un bloque de control el cual se encarga de almacenar y poner los

datos a disposición del micro. El tiempo que tarda en buscar la información es proporcional al

tamaño de la propia memoria que administra. Como queremos que los datos lleguen lo antes

posible al micro los niveles más bajos tendrán menor capacidad. Cada nivel superior, por tanto,

es bastante más grande que el anterior.

La memoria cache es muy pequeña. En comparación con la memoria RAM unas mil veces más

pequeña. Por suerte, los programas suelen realizar muchas operaciones sobre los mismos datos y

por lo tanto se consiguen grandes mejoras al usar esta técnica.

Relacion entre los niveles.

Existen 3 tipos de memorias caché para microprocesadores l1. L2 y l3

Memoria cache de primer nivel (l1): Esta caché está integrada en el núcleo del procesador y

trabaja a la misma velocidad del microprocesador. La cantidad de memoria caché L1 varía de un

procesador a otro, estando normalmente entre los 64KB y los 256KB.

Esta memoria suele a su vez estar dividida en dos partes dedicadas, una específicamente para

todas las instrucciones y la otra para los datos.

Memoria cache de segundo nivel (l2): Esta memoria al igual que la de primer nivel (L1)

también está Integrada en el microprocesador, aunque no directamente en el núcleo de este, tiene

las mismas ventajas que la caché L1, aunque su velocidad es un poco más lenta.

La caché L2 suele ser mayor que la caché L1, pudiendo llegar a superar los 4MB. A diferencia de

la caché L1, esta no está dividida, y su utilización está específicamente dedicada a los programas.

Memoria cache de tercer nivel (l3): Es un tipo de memoria caché más lenta que la L2 y la L1,

muy poco utilizada en la actualidad, es es mucho más rápida que de la memoria RAM. En un

principio esta caché estaba incorporada a la placa base (Motherboard) y no al procesador con la

memoria de primer nivel y la de segundo nivel.

La velocidad depende mucho de la comunicación entre el procesador y la placa base, es decir

que mientras más cerca al procesador será mucho mas rápida.

c. Aplicación de microprocesadores: del material estudiado e investigado como un aporte de

autoría propia presentar una descripción y características generales de las 10

supercomputadoras más potentes en la actualidad. presentándolo en la siguiente tabla.

TOPSUPERCOMPUT

ADORADESCRIPCION Y CARACTERISTICAS IMPORTANTES

Tianhe-2 Centro de

Supercomputación Nacional de China,

33,862,700 GFLOP/S

Es una supercomputadora desarrollada por la Universidad Nacional de

Tecnología de Defensa de China (NUDT) y la empresa china Inspur, está

ubicada en el Centro Nacional de Supercomputación en Guangzho (NSCC-

GZ), República Popular China.Tiene un rendimiento de

33,86 petaFLOPS (33.860.000.000.000.000 operaciones de coma flotante

por segundo), con un pico teórico de 54,9 petaFLOPS que la convierte en la

supercomputadora más rápida del mundo.

Está equipada con 16.000 nodos, cada uno con dos procesadores Intel Xeon

IvyBridge E5-2692 (12 núcleos, 2,2 GHz) y tres procesadores Intel Xeon

Phi 31S1P (57 núcleos, 1,1 GHz), cuya combinación da un total de

3.120.000 núcleos de computación. Es capaz de almacenar 12,4 PB, tiene

una memoria del sistema de 1.375 TiB (1,34 PiB) y utiliza el sistema

operativo Kylin Linux. Se calcula que ha costado entre 200 y 300 millones

de dólares.

https://es.wikipedia.org/wiki/Operaciones_de_coma_flotante_por_segundo

Titan,Laboratorio

Nacional de Oak Ridge, 17,590,000

GFLOP/S

La Cray Titan es una supercomputadora Cray XK7, creada por la firma Cray Inc. Es una actualización del Cray Jaguar, la anterior supercomputadora del Oak Ridge National Laboratory, para usar GPUs agregados a las CPUs. Titan fue anunciado en octubre de 2011 y se volvió operacional en octubre de 2012. Se espera que supere los 20 petaFLOPS, es decir veinte mil billones de FLOPS, con un pico teórico de 24,8 petaFLOPS. Sin embargo, la velocidad real alcanzada es de 17,59 petaFLOPS, lo que la convierte en la segunda supercomputadora más rápida del mundo.Está equipada con CPUs AMD x86-64 Opteron 6274 de 16 núcleos y GPUs Nvidia Tesla K20. Hay 18 688 nodos, cada uno conteniendo una CPU de 16 núcleos con 32 GiB de RAM un GPU con 6 GiB de RAM. El total de núcleos de procesador es de 299 008 y el tamaño total de la memoria RAM es de más de 710 TiB, con 10 PB de almacenamiento (conformado por más de 10 000 discos rígidos de 1 TB y 7200 rpm) con una velocidad de transferencia de 240 GB/s.Próximamente se actualizará el almacenamiento entre 20 y 30 PB con una velocidad de transferencia de aproximadamente 1 TB/s.10

Sequoia Es una supercomputadora Blue Gene/Q construida por IBM para la

Núcleos: 560640

Performance Linpack (Rmax) 17,590.0 TFlop / s

Pico Teórica (Rpeak) 27,112.5 TFlop / s

Potencia: 8,209.00 kW

Memoria: 710 144 GB

Interconexión: Cray Gemini interconexión

Sistema operativo: Cray entorno Linux

Laboratorio Nacional Lawrence

Livermore, 17,173,200 GFLOP/S

Nacional Nuclear Security Administration (NNSA) forma parte del Advanced Simulation and Computing Program (ASC). Fue entregado al Lawrence Livermore National Laboratory en 2011 y puesta en funcionamiento plenamente en junio de 2012.Sequoia será usada principalmente para la simulación de armas nucleares, en sustitución de las supercomputadoras Gene Blue/L y ASC Purple, en el Lawrence Livermore National Laboratory. Sequoia también estará disponible para fines científicos como la astronomía, el estudio del genoma humano, y el cambio climático. Tiene un rendimiento de 17.17 petaflops, equipada por procesadores 1.6 GHz Power BQC 16C.

Fujitsu K Computer

La computadora K (llamada así por la palabra japonesa "kei" ( 京 ), que significa diez mil billones (1016), la cifra de operaciones de coma flotante

Fabricante: IBM

Núcleos: 1572864




Memoria: 1572864 GB

Interconexión: Interconnect personalizada

Sistema operativo: Linux

Instituto Avanzado de Ciencia

Computacional RIKEN ,

10,510,000 GFLOP/S

por segundo que es capaz de ejecutar ) es una supercomputadora, producida por la compañía Fujitsu, ubicada en el RIKEN Advanced Institute for Computational Science en la ciudad de Kobe, Japón. Tiene 68.544 procesadores SPARC64 VIIIfx (8 núcleos por procesador) a 2,0 GHz y en noviembre de 2011 alcanzó los 10 petaflops.

Sitio: RIKEN Instituto Avanzado de Ciencia Computacional (AICS)

Fabricante: Fujitsu

Núcleos: 705024

Performance Linpack (Rmax)

10,510.0 TFlop / s



Memoria: 1410048 GB



MiraLaboratorio

La quinta supercomputadora más rápida del mundo se llama “Mira” y fue creada por el Argonne NationalLaboratory, en EE.UU. La súper

Nacional de Argonne, 8,586,600 GFLOP/S

computadora fue diseñada por IBM y usando la tecnología BlueGene, esta máquina tiene 1 petabyte de RAM, que corresponde a 1.024 TBs o 1.048.576 GBs de memoria.

Cuenta con 78.000 núcleos de procesamiento, siendo capaz de hacer hasta 10 mil cuatrillones de cálculos por segundo.El propósito de su construcción es entender el movimiento de las galaxias y seguir el movimiento de las partículas que forman nuestro universo.Está programada para correr la más larga y compleja simulación del universo alguna vez intentada. La simulación cubrirá más de 12 mil millones de años de evolución cósmica en tan solo dos semanas, siguiendo trillones de partículas conforme estas forman estructuras que definen nuestro universo en gran escala. Las simulaciones cósmicas llevan mucho tiempo haciéndose décadas pero la tecnología para una simulación de este tamaño tiene poco tiempo disponible.El proyecto es liderado por Salman Habib es un físico en el Laboratorio Nacional de Argonne en Estados Unidos.

Fabricante: IBM

Núcleos: 786432


8,586.6 TFlop / s



Memoria:



Piz DaintCentro Nacional de

El supercomputador Piz Daint está situado en el Swiss National Supercomputing Centre y fue inaugurado en abril de 2013, aunque solo

Supercomputación de suiza, 6,217,000

GFLOP/S

unos meses después comenzarían sus actualizaciones y mejoras que han permitido que se doble su capacidad de cálculo. Piz Daint ha pasado de tener 12 cabinas de computadores a contar con 28, lo que ayuda a que su pico de rendimiento teórico se sitúe en los 7,8 petaflops."Piz Daint es el sexto superordenador más potente a nivel internacional"

Con estas mejoras, Piz Daint se ha convertido por derecho propio en el supercomputador más potente de Europa. Su rendimiento permite que el continente siga la estela de países como China, Japón y Estados Unidos, que encabezan la conocida lista Top500 de mejores supercomputadores del mundo.Sitio: Suiza Centro Nacional de Supercomputación

(CSCS)

Fabricante: Cray Inc.

Núcleos: 115984


6,271.0 TFlop / s


Potencia: 2.325,00 kW

Memoria:

Interconexión: Interconexión Aries

Sistema operativo: Cray entorno Linux

ShaheenII, Universidad

Rey Abdullah de Ciencia y

Tecnología, 5,537,000 GFLOP/S

Shaheen se compone principalmente de un 16-rack de IBM Blue Gene / P superordenador propiedad y operado por la Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología (KAUST). Construido en colaboración con IBM, Shaheen tiene por objeto permitir KAUST Facultad and Partners para investigar ambos proyectos a gran y pequeña escala, desde su inicio hasta su realización.Shaheen, llamado así por el halcón peregrino, era el superordenador más grande y poderoso en el Oriente Medio [1] y está destinado a convertirse en un petaescala instalaciones para el año 2011, [2] Originalmente construido en el de IBM Thomas J. Watson Research Center en Yorktown Heights, Nueva York, Shaheen fue trasladado a KAUST a mediados de 2009. [2]Shaheen incluye los siguientes elementos funcionales:16 bastidores de Blue Gene / P, que tienen un rendimiento máximo de 222 Teraflops164 IBM IBM System x 3550 Xeon linfáticos, que tienen un rendimiento máximo de 12 Teraflops

Rendimiento y capacidades de computación de Shaheen incluyen: [3]

65.536 núcleos de procesamiento independientes. Un centro de datos de próxima generación que es capaz de escalar a

Exascale requisitos informáticos [cita requerida]

10 Gbit / s de acceso a las redes académicas y de investigación del mundo. [Cita requerida]

El sistema de archivos y la unidad de cinta se montarán a través tanto del sistema Blue Gene y el cluster Linux. Todos los elementos del sistema se conectan entre sí en una red troncal común que es accesible desde todos los edificios del campus. Los sistemas también serán accesibles desde Internet.

StampedeTexas Advanced

Computing Center, 5.168.100 GFLOP/S

Stampede (estampida), fue construida por el Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC por sus siglas en inglés) que forma parte de la Universidad de Texas en Austin, conjuntamente con Dell e Intel.

La computadora tiene varios miles de servidores “Zeus” de Dell, cada uno con 2 procesadores de 8 núcleos y cada uno con 32 Gigabytes de memoria. Además tiene 128 procesadores de video. En su pico la computadora tiene 10 petaflops, 272 terabytes de memoria y 14 petabytes de capacidad de almacenamiento. El sistema funciona con Linux.El departamento de HPC de la Universidad de Minnesota es ahora el Instituto de Supercomputación de Minnesota, cuyo nuevo sistema Mesabi, con 7.74 teraflops de velocidad, está colocado en el puesto 141 en la lista más reciente.Fabricante: Dell

Núcleos: 46246


5,168.1 TFlop / s



Memoria: 192 192 GB

Interconexión: FDR Infiniband


Compilador: Intel

Math Library: MKL

MPI: MVAPICH2

JUQUEENForschungzentrum Juelich, 5,008,900

GFLOP/S

JUQUEEN, en Alemania, es el primer supercomputador en Europa en llegar a 5 petaflops de rendimiento máximo de cómputo - aproximadamente el equivalente a la potencia de 100.000 PCs. Es un sistema abierto de estudio para la ciencia, que es parte de la infraestructura de investigación de la PRACE paneuropea, abre nuevas posibilidades de grandes descubrimientos científicos.JUQUEEN es más de 98,600 veces más potente que el viejo T3D-MC512-8, un dispositivo de 512 núcleos que parece haber sido metido en un par de grandes armarios

Sitio: Forschungszentrum Juelich (FZJ)

URL del sistema:

http://www.fz-juelich.de/ias/jsc/EN/Expertise/Supercomputers/JUQUEEN/JUQUEEN_node.html

Fabricante:

IBM

Núcleos: 458752


5,008.9 TFlop / s

Pico Teórica (Rpeak)

5,872.0 TFlop / s


Memoria: 458 752 GB

Interconexión:

Interconnect personalizada

Sistema operativo:

Linux

Vulcan Vulcan en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) es un

Laboratorio Nacional Lawrence

Livermore, 4,293,300 GFLOP/S

superordenador de 24-racks, 5 PFLOPS (pico), sistema Blue Gene/Q que estuvo disponible en 2013. Vulcan servía a proyectos industriales y de laboratorio a través del Centro de Innovación Computación de Alto Rendimiento de Livermore (HPC), así como a colaboraciones académicas en apoyo de las misiones del DOE/Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA)

Sitio: DOE / NNSA / LLNL

Fabricante: IBM

Núcleos: 393216




Memoria: 393 216 GB

Interconexión: Interconectividad personalizada


d. Presentar el aporte individual de la propuesta a la solución del proyecto seleccionado para esta fase de la actividad y que fue compartido en el foro de trabajo colaborativo, como aporte individual

CONCLUSIONES

Se reconocen los dispositivos procesadores de última generación así como sus características de

funcionamiento que actualmente se encuentran en el mercado.

Se identifican las 10 supercomputadoras más potentes que existen hoy por hoy y que se

encuentran dispuestas para la realización de tareas especificas, tales como clima, espacio,

evolución, entre otros, de igual modo sus características y clasificación a partir de la más rápida,

teniendo en cuenta su velocidad de procesamiento de datos en Petas, Teras o Giga Flops.

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