Rechnerarchitektur (Subject) / Leistungsbewertung (Lesson)

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• (einfache Metriken) CPU-Leistung- Ziel: immer höhere Durchsatzraten und theoretische Maximalleistungen- MIPS – Millions of Instructions Per Second- architekturabhängig, ungenaues Maß Speicherdatenrate- maximale Datenrate, mit der Prozessor auf Speicher zugreifen kann Multiprozessor-Aspekte- MP-Boards- Quad-Core-CPUs- HyperThreading- ..mit Speicherkopplun- ..mit Nachrichtenkopplung Multithreading-Aspekte
• Probleme bei Leistungsbewertung und Multiprozessorsystemen Hauptproblem: Fehlen eines geeigneten einheitlichen Maßes, da Taktfrequenz alleine nicht viel über CPU Leistung aussagt allgemeine Aussagen schwierig, da sich Leistung häufig auf den Einsatzkontext bezieht und somit Vergleichbarkeit schmälert
• MIPS (Millions of Instructions Per Second) Maßzahl für Operationsgeschwindigkeit Leistungsfähigkeit der Instruktionen Laufzeit TA des Programms A verknüpft mit Anzahl verarbeiteter Maschinenbefehle IC(A)    (IC=Instruction Count)> MIPS (A)=IC (A)/106*T(A)
• mittlere Operationszeit Häufigkeit der unterschiedlichen Befehle erlaubt die Messung, wie viele Taktzyklen pro Befehl durchschnittlich ausgeführt werden TOP= Σ (oben n, unten i=1)p1*ti
• Ausführungszeit (Execution Time) Zeit zwischen Starten der Programmausführung auf einem der Prozessoren bis zum Zeitpunkt, an dem letzter Prozessor die Arbeit an dem Programm beendet hat Berechnungszeit Tcomp (Computation-Time) vom Algorithmus:Zeit, die für Rechenoperationen verwendet wird, Kommunikationszeit Tcom (Communication-Time) vom Algorithmus:Zeit, die für Sende- und Empfangsoperationen verwendet wird Untätigkeitszeit Tidle (Idle-Time):Zeit, die mit Warten (auf zu empfangende oder zu sendende Nachrichten) verbraucht wird T ≈Tcomp + Tcom + Tidle
• Parallelitätsprofil visualisiert die entstehende Parallelität in einem parallelen Programm bzw. bei dessen Ausführung Perioden von Berechnungs-, Kommunikations- und Untätigkeitszeiten sind oftmals erkennbar
• CPI mittlere Anzahl der Taktzyklen pro Befehl wesentlicher Gradmesser für Nebenläufigkeit auf Befehlssatzebene Mix aus Anwendungen aller Bereiche zusammenstellen >> Benchmarks
• Maximalleistung Verbesserung gegenüber mittlerer Operationszeit Schwerpunkt auf Befehlen, die häufig benötigt werden auf Durchschnittsbefehle normierte Maximalleistung eines Systems
• Prozessor-Speicher-Leistungsbewertung Speicher bremst das System aus- Erwartung: weniger Speicherzugriffe >> höhere Leistung Gründe für Speicherzugriffe- Holen von Maschinenbefehlen- Holen von Operanden- Schreiben von Ergebnissen Speicherdatenrate
• Speicherdatenrate Maximale Datenrate mit der der Prozessor auf Speicher zugreifen kann Maß für erforderliche Datenrate im wartezyklenfreien Betrieb SBmax(C) = Lmax(C) * Sreq(C)
• Hardwaremaßzahlen Vergleich von Rechnern bezüglich ihrer Leistung ohne großen Aufwand Maßzahlen bewerten nur spezielle Aspekte Kritische Betrachtung der Leistungsangabe ist unbedingt notwendig! Angabe einer hypothetische Maximalleistung!
• Speedup Beschleunigung Maß für die Geschwindigkeitssteigerung erlaubt Feststellung, ob sich parallele Programmausführung lohnt Sn= (Cn, Apar) = (T1(C1, Aser)) / (Tn(Cn, Apar)) <- n
• Effizienz Maß für die Auslastung des Parallelrechners Effizienz ist um so höher, je näher der Speedup an n liegt
• Amdahlsches Gesetz sagt aus wie viel Leistungssteigerung durch eine Maßnahme erzielt werden kann Geschwindigkeitszuwachs hängt vorallem vom sequentiellen Anteil des parallelen Programms ab Beschleunigung hängt bei steigender Prozessorzahl immer stärker vom sequentiellen Anteil des Algorithmus und der Prozessorkommunikation ab Problem feststehender Größe wird durch Parallelisierung in kürzerer Zeit gelöst
• Skalierbarkeit eines Parallelrechners Hinzufügen weiterer Verarbeitngselemente führt zu kürzerer Gesamtausführungszeit ohne dass Programm geändert werden muss wichtig für Skalierbarkeit sind jeweils angemessene Problemgrößen
• Benchmark Benchmark-Programm führt Berechnungen aus und liefert als Ergebnis eine Metrik, die zur Leistungsbewertung herangezogen wird Problem:- werden meist nur ausgeführt, wenn Kaufentscheidung ansteht, daher optimiert Industrie häufig auf Benchmarks, obwohl es nicht sinnvoll ist Sinnvolle Leistungsaussagen sind nur möglich durch Vergleich von identischen Programmen auf verschiedenen Rechnern

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