Дослідження ефективності віртуальної багатопоточності (2, 3, 4 потоки) типу hyper threading при виконанні потоків в однакових та різних умовах

Анотація

В статті аналітичними методами з елементами теорії масового обслуговування досліджена ефективність ядер сучасних процесорів з використанням віртуальної багатопоточності типу технології Hyper Threading при 2-х, 3-х, 4-х потоках з урахуванням структурних особливостей ядра як при виконанні потоків в однакових умовах, так і в різних умовах. Під однаковими умовами розглядалося виконання потоків, коли використовували однакові обсяги рівнів кеш-пам'яті. Під різними умовами розглядалися ситуації, коли потоки послідовно виконувалися в умовах з використанням доступних обсягів кеш-пам'яті, а паралельно потоки виконувалися в гірших умовах використання кеш-пам'яті (з використанням нижчого рівня кеш-пам'яті або навіть оперативної пам'яті).

 Для дослідження вибрано широко поширені та наочні програми: «Множення матриць», «Рішення диференціальних рівнянь у приватних похідних методом сіток». У програмах, що досліджувалися було виділено ядро, уточнені інформаційно залежні команди і команди редукції, сформовані групи команд, їх кількість та  визначені часи виконання кожної групи в програмі ядра, а також  визначені ймовірності появи кожної групи команд. Розроблено методику досліджень та модель ядра. Для дослідження використовувалася двофазна спрощена модель ядра процесора. Було визначено коефіцієнт навантаження універсального ФП та, в залежності від значення різних параметрів програми і ядра процесора, визначено коефіцієнт використання ПУ моделі, визначені середній час виконання ядра програми та середні часи використання окремих спеціалізованих функціональних пристроїв.

Наведено результати досліджень у вигляді формул при 2-х, 3-х та 4-х потоках в одному фізичному ядрі як при виконанні потоків в однакових умовах, так і в різних умовах. Підтверджена ефективність віртуальної багатопоточності типу Hyper Threading  при двох, трьох, чотирьох потоках з відсутністю структурних конфліктів, так і при різних умовах – наявності структурних конфліктів в підсистемі кеш-пам’яті.

При виконанні потоків у різних умовах ефективність (коефіцієнт прискорення) менша, ніж при виконанні в рівних умовах. Якщо при виконанні одного потоку використовується більше половини кеш-пам'яті третього рівня або потрібна інтенсивна робота з оперативною пам'яттю, використання віртуальної багатопоточності недоцільно.