빠른 CPU를 위한 설계 기법

song·2023년 4월 21일

혼자 공부하는 컴퓨터구조

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클럭 속도를 높이자

클럭 신호에 맞춰 명령어들이 실행된다.

그래서 클럭 신호를 빠르게 반복하면 명령어 사이클을 더 빠르게 작동시킬 수 있다.

하지만, 이는 한계가 있는데 발열이 생기기 때문이다.

코어 수를 늘리자

전통적인 관점
: CPU는 '명령어를 실행하는 부품'으로 원칙적으로 하나만 존재

하지만, 기술의 발전으로 CPU 내부에는 '명령어를 실행하는 부품'을 얼마든지 만들 수 있게 됨.

코어(Core): 명령어를 실행하는 부품

코어를 여러 개 포함하는 CPU를 멀티코어 CPU 또는 멀티코어 프로세서라고 함
코어는 일꾼이라고 생각하면 편함
코어가 많으면 작업하는 일꾼이 많아짐

질문: 코어를 100개 늘리면 연산 속도도 비례하나요?

답변: 꼭 그렇지 않음 (조별과제 생각해보면 답 나옴)

추가설명
작업량은 10인데 일꾼이 100명이면 90명은 놀 듯
결론, 일꾼(코어)을 얼마나 적절하게 분배하느냐가 연산 속도를 결정함

스레드 수를 늘리자

스레드는 CPU와 프로그램에서 사용하는 의미가 다름

CPU에서 사용되는 하드웨어적 스레드
: 하나의 코어가 동시에 처리하는 명령어 단위

하나의 코어로 여러 명령어를 동시에 처리하는 CPU를 멀티스레드 프로세서, 멀티스레드 CPU

멀티스레드 프로세서의 핵심은 레지스터
하나의 코어가 여러 명령어를 동시에 처리하게 하려면 프로그램 카운터, 스택 포인터, 등등 명령어 처리에 필요한 레지스터를 여러 개 가지고 있으면 됨.

메모리 속 프로그램 입장에서는 코어가 몇개인지 모른다. 그냥 n개의 일을 처리하면 n코어라고 생각함. (그래서 하드웨어 스레드를 논리 프로세서라고도 부름)

프로그램에서 사용되는 소프트웨어적 스레드
: 하나의 프로그램에서 독립적으로 실행되는 단위

하나의 프로그램은 실행되는 과정에서 한 부분만 실행될 수도 있지만, 여러 부분이 동시에 실행될 수도 있음
그래서, 1코어 1스레드 CPU도 여러 소프트웨어적 스레드를 만들 수 있음