[논문 리뷰] Multi-core: Adding a New Dimension to Computing

Md Tanvir Al Amin|arXiv (Cornell University)|2010. 11. 15.

Parallel Computing and Optimization Techniques참고 문헌 5인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 컴퓨팅 성능 향상을 유지하기 위한 새로운 범주로 다핵 프로세서를 제안하며, 시계 주파수를 높이는 것에서 독립적인 프로세서 코어의 수를 늘리는 방향으로 전환한다. 최신 다핵 기술과 병렬 처리를 위한 소프트웨어 지원을 검토한 결과, 향후 수십 년간 보편적인 병렬 처리가 컴퓨팅을 규정할 것으로 결론 내린다.

ABSTRACT

Invention of Transistors in 1948 started a new era in technology, called Solid State Electronics. Since then, sustaining development and advancement in electronics and fabrication techniques has caused the devices to shrink in size and become smaller, paving the quest for increasing density and clock speed. That quest has suddenly come to a halt due to fundamental bounds applied by physical laws. But, demand for more and more computational power is still prevalent in the computing world. As a result, the microprocessor industry has started exploring the technology along a different dimension. Speed of a single work unit (CPU) is no longer the concern, rather increasing the number of independent processor cores packed in a single package has become the new concern. Such processors are commonly known as multi-core processors. Scaling the performance by using multiple cores has gained so much attention from the academia and the industry, that not only desktops, but also laptops, PDAs, cell phones and even embedded devices today contain these processors. In this paper, we explore state of the art technologies for multi-core processors and existing software tools to support parallelism. We also discuss present and future trend of research in this field. From our survey, we conclude that next few decades are going to be marked by the success of this Ubiquitous parallel processing.

연구 동기 및 목표

• 시계 주파수와 소자 미니어처라이제이션의 물리적 한계로 인해 단일 코어 CPU 성능 향상이 정체된 문제를 다루기 위해.
• 주파수 스케일링의 종료 이후 증가하는 계산 요구에 대응하기 위해 마이크로프로세서 산업이 주파수 스케일링에서 다핵 스케일링으로 전환한 이유를 설명하기 위해.
• 다핵 아키텍처에서 효과적인 병렬 프로그래밍을 가능하게 하는 기존 기술과 소프트웨어 도구를 조사하기 위해.
• 다핵 컴퓨팅의 현재 및 향후 연구 추세를 분석하여 산업의 장기적 방향을 예측하기 위해.

제안 방법

• 1948년 이후 고체 전자공학 및 트랜지스터 기술의 발전을 검토하여 컴퓨팅 패러다임의 전환를 맥락화하기 위해.
• 시계 주파수 기반 성능 스케일링과 소자 미니어처라이제이션에 기인한 물리적 및 기술적 제약을 분석하기 위해.
• 통합 밀도와 병렬 실행을 강조하여 확장 가능한 대안으로 다핵 프로세서 아키텍처를 검토하기 위해.
• 다핵 플랫폼에서 병렬 프로그래밍을 지원하기 위해 설계된 소프트웨어 도구와 런타임 시스템을 조사하기 위해.
• 학술 및 산업 연구에서 도출된 추세를 통합하여 다핵 컴퓨팅의 진화를 예측하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 단일 코어 CPU 시계 주파수 상승을 저지른 근본적인 물리적 한계는 무엇인가?
• RQ2 주파수 스케일링이 끝난 후 마이크로프로세서 산업은 지속적인 고성능 요구에 어떻게 대응했는가?
• RQ3 다핵 프로세서의 효과적 활용을 가능하게 하는 기술과 소프트웨어 지원 체계는 무엇인가?
• RQ4 다핵 컴퓨팅의 현재 및 신규 연구 추세는 무엇이며, 향후 병렬 처리의 방향을 어떻게 규정하는가?

주요 결과

• 더 높은 시계 주파수와 더 작은 트랜지스터를 향한 추구가 물리적 한계에 도달하여, 단일 코어 프로세서의 전통적 성능 스케일링이 정지했다.
• 다핵 프로세서가 주도적인 해결책으로 부상하여, 주파수 증가가 아닌 병렬성 증가를 통해 성능 스케일링을 실현하고 있다.
• 다핵 기술은 이제 데스크톱, 노트북, PDA, 스마트폰, 임베디드 시스템 등에 널리 보급되어 있다.
• 연구 및 산업계는 다핵 플랫폼에서 병렬 프로그래밍을 지원하기 위해 도구와 기법을 적극적으로 발전시키고 있다.
• 이 논문은 향후 수십 년간 다핵 아키텍처에 의해 이끌리는 보편적인 병렬 처리의 부상이 컴퓨팅의 주요 특징이 될 것으로 결론 내린다.