Увеличение количества инструкций за цикл или увеличение количества циклов являются допустимым выбором конструкции для производителей процессоров. Я понимаю теорию, но было бы намного яснее, если бы у меня был какой-то реальный пример из жизни.
Итак, кто-нибудь может дать мне пример, который может принести пользу как от этого выбора дизайна? Например, какое приложение / тип приложения / процесса использует большее количество IPC, а какое - большее число циклов.
Я на самом деле разработал пару процессоров (много лет назад) и имею небольшой опыт в компромиссах.
Чтобы увеличить количество инстанций за цикл (или, что более вероятно, уменьшить количество циклов на инструкцию), вам, как правило, приходится "подбрасывать оборудование" в проблему - добавлять дополнительные вентили, защелки и мультиплексоры. За пределами определенного момента (который был пройден около десяти лет назад) вы должны "выполнять конвейер" и работать над несколькими инструкциями одновременно. Это увеличение сложности не только увеличивает базовые затраты (поскольку стоимость чипа связана с областью, которую он занимает), но также увеличивает вероятность того, что ошибка будет устранена в ходе первоначальной проверки проекта и приведет к неисправному чипу, который должен быть "отдохнувшим" - основной удар по расписанию. Кроме того, увеличение сложности увеличивает нагрузки, так что в отсутствие еще большего количества оборудования длина цикла фактически увеличивается. Вы можете столкнуться с ситуацией, когда добавление оборудования замедляет работу. (На самом деле, я видел, как это произошло в одном случае.)
Кроме того, при конвейерной обработке могут возникать условия, при которых конвейер "разрывается" из-за частых (и непредвиденных) ветвлений и других подобных проблем, что приводит к замедлению процессора для сканирования. Так что есть предел тому, сколько из этого можно сделать продуктивно.
Чтобы ускорить отдельные циклы, вам нужно сделать одну из трех вещей:
Так что это много компромиссов и немного чечетки через минное поле.
Требуется гораздо больше инженерных усилий для увеличения IPC, чем просто увеличение тактовой частоты. Например, конвейерная обработка, кэши, многоядерные процессоры - все вместе введенные для увеличения IPC - становятся очень сложными и требуют много транзисторов.
Хотя максимальная тактовая частота ограничена длиной критического пути данной конструкции, если вам повезет, вы можете увеличить тактовую частоту без какого-либо рефакторинга. И даже если вам нужно уменьшить длину пути, изменения не настолько глубокие, как те, которые необходимы для упомянутых выше методов.
Однако в современных процессорах тактовые частоты уже доведены до экономических пределов. Здесь увеличение скорости происходит исключительно за счет увеличения IPC.
С точки зрения программиста, это пока проблема, так как он должен приспособить свой стиль программирования к новым системным компьютерным архитекторам. Например, параллельное программирование будет становиться все более и более неизбежным, чтобы использовать преимущества высоких значений IPC.
