Performance

• Manucturing Integrated Circuits ICs 집적 회로 제조

  

  • silicon ingot(실리콘 괴)를 슬라이싱 해서 wafer를 만든다

  • wafer에 패턴을 만든다.(사각형 하나=다이)

  • wafer를 자르기전에 먼저 테스트

  • wafer를 자름(Dicer)

  • die 하나를 테스트

  • die와 입출력핀을 연결, 이 과정을 본딩과정이라고 함

  • 이후 패키징된 die를 테스트

    • Yield 수율 : wafer 당 작동하는 die들의 비율

  • Integrated Circuit Cost 비용

    • 한글로 보는 것이 더 어려움!

    

    • Cost per die : working하는 die 하나당 비용

    • Dies per wafer : 단일 wafer에서 생산 가능한 die수 = wafer 면적 / die 면적

    • Yield : 작동하는 die의 비

    • Cost per die는 다음과 같이 표현될 수 있다.

      

    • yield가 상수면 밑의 그래프가 선형적이어야 한다.

    

    • 면적이 크면 → 수율이 작고, 면적이 작으면 → 수율이 크다.
    • wafer 비용과 면적은 constant!, 제조 과정에서 결함률yield이 결정된다, die area는 아키텍처 및 회로설계에 의해 결정됌
    • Die size
      • Nvidia Geforce RTX 3050 : 276mm^2 → 250달러
      • Nvidia Tesla A100 : 826mm^2 → 10000달러
    • Chiplet 트렌드
      • 여러개의 작은 칩으로 만든것을 Chiplet이라고 한다.
      • 칩렛 사이의 연결도 반도체 기술이 사용된다.

• Performance 성능

  • Response Time and Throughput 반응시간과 처리

    • Response time 실행시간, 응답시간 : 하나의 일을 처리하는데 얼마나 걸리는지?
      • 사용자에게 중요하다! 느리면 답답하자나~
    • Throughput 작업량 : 단위 시간당 몇개의 일을 수행했는가
      • 서버에 중요한 요소다!

  • 상대적 성능 : Performance = 1 / Execution Time로 정의되어왔다.

    

    • 두개의 성능을 몇배 더 좋은지 확일할땐 위와 같이 계산하면 된다.

  • 어떤 요소들이 성능에 영향을 미칠까?

    • 알고리즘(어플리케이션) : 계산량을 결정 ex) sorting
    • 프로그래밍 언어, 컴파일러, ISA(RISC,CISC) : 계산을 실행할 명령어 수 결정
      • CISC : 크고 복잡 / RISC : 작고 간단
    • 프로세서, 메모리 시스템 : 각 명령이 실행되는 속도를 결정
    • 입출력 시스템 : IO작업의 수행 속도 결정

  • CPU TIME = CPU 클럭 사이클 / 클럭의 속도

    

    성능을 올리려면 클럭 주기를 단축하거나 클럭 속도를 향상시키거나!

    

    이런식으로 계산이 됌

    • 시간 단위

      • 1s = 1s, 1ms = 1/1,000s, 1μs = 1/100,000s, 1ns = 1/1,000,000,000s, 1ps ⇒ 10의-12제곱

    • Clock period 주기 (Clock Cycle Time) : 클럭신호가 한번 울리고 되풀이 될때까지의 시간

      • 1 사이클에 몇초 걸리는지
      • ex) 250 ps = 0.25 ns = 250×10–12 s

    • Clock frequency (Clock rate) 주파수 : 초당 클럭 사이클 수

      • ex) 4.0 GHz = 4000 MHz = 4.0×109 Hz
      • 1K = 1000 1M = 100,000 1G = 100,000,000 1T = 100,000,000,000
        • 주기와 주파수를 곱해서 1이 되어야함 (단위 잘 맞추기!!!!!!!)
      • 파이프라이닝(이챕터에서 문제가 나오면 파이프라이닝 없이 생각!)

      

      • 이런식으로 둘을 병렬적으로 두면(파이프라이닝) → 성능을 향상시킬수있다

    • 예시 문제

    

    Cycle = Time * Rate이므로 실전 문제에서도 이렇게 풀면된다!(단위 잘 맞춰서 풀기)

    • 명령어 수와 CPI(Cycles Per Instruction)

      

      Clock Cycle Time : 클럭 주기랑 똑같은 의미

      • CPU time = 클럭 사이클 전체 수 * 클럭 주기(클럭 한 사이클 도는데 걸리는 시간) ⇒ 전체 걸린 시간
      • CPI : 명령어당 클럭 사이클 수를 의미하고, 명령어 유형에 따라 다를 수 있다.

    • 예시 문제

      

      같은 프로그램이라는 것은 같은 명령어수를 의미하므로 계산이 위와 같다.

    • 더 구체적으로..

      

      명령어 유형에 따라 CPI가 다르므로 위와 같이 계산 될 수 있다.

      • 예시 문제

      

    • 결론

      

      • Instructions / program : 전체 명령어중에서 해당 프로그램에 있는 명령어 수
      • Clock cycles / Instruction : CPI 명령어당 클럭 사이클 수
      • Seconds / Clock cycle : 전체 시간을 클럭 사이클 수로 나눔 → 클럭 주기
        • 세개를 곱하면 CPU Time이 된다 ! 위에 공식이랑 같음

    • SPEC : 성능 측정에 사용하는 프로그램 중에 유명한 회사 이름

      • SPEC 2006 : 선택된 프로그램을 실행하는데 걸리는 시간을 기준으로 비교한 자료
        • SPEC 외에도, EEMBC, TPC, LINPACK, 3DMark, Geekbench 등의 회사가 있다.
        • 그 이후에 나온 게 SPEC 2017인데 여기선 머신러닝위주라 사용하는 CPU셋이 달라져서 2017년에 갱신해서 나온것이다.
          • 2017에 TIME Throughput 2개의 부분에서 측정했다.
      • 기하 평균
      • Uniprocessor Performance 단일 프로세서 성능
      • Amdahl’s Law 암달의 법칙