Pannon Egyetem Villamosmérnöki és Információs Tanszék
Digitális Technika I. (VEMIVI1112D)
Bevezetés. Hol tart ma a digitális technológia? Előadó: Dr. Vörösházi Zsolt
[email protected]
Feltételek:
Tárgy neve (kódja): Digitális Technika I. (VEMIVI1112D) Ajánlott könyvek: Dr. Arató Péter: Logikai rendszerek tervezése (BME kiadó) Franklin P. Posser, David E. Winkel: The Art of Digital Design (Prentice Hall)
Óralátogatás: nem kötelező Követelmények: egy ZH lesz ( 13. héten) Megajánlott jegy: Jegy(ZH) >= 4 Vizsgára bocsátás feltétele: a ZH-n legalább 2-es érdemjegy megszerzése PótZH: utolsó héten (aláírás feltétel teljesítése) Vizsga: írásbeli (szóbeli)
Kapcsolódó jegyzet, segédanyag:
http://www.virt.vein.hu → Oktatás → Tantárgyak → Digitális Technika I. Fóliák,
óravázlatok (.ppt) Feltöltésük folyamatosan
Oktatási cél: A kombinációs és sorrendi hálózatok klasszikus tervezési módszereinek, illetve megvalósításainak ismertetése. MSI/LSI áramkörök működési táblázatainak, alkalmazásainak, valamint digitális áramkörök (TTL, CMOS) jellemzőinek megismerése
Hol tart ma az digitális technológia?
Mikro-minimalizálás elve:
Gordon Moore törvénye (1965): rendkívüli jelentőséggel bír a memóriák és a félvezető áramkörök méretcsökkenése esetén.
Tanulmány: félvezető áramkörök fejlődése (prognózis) A technológia fejlődésével minden 18 hónapban az 1 felületegységre (mm² Si) eső tranzisztorok száma közel megduplázódik (integritási sűrűség) Ezzel szemben az eszközök ára csökken, vagy stagnál.
Jelenleg:
Itanium 9300 (Tukwila): 2 milliárd tranzisztor / chip (2010) 3D rétegszerkezet szilíciumon Működő 32nm/45nm csíkszélességű tranzisztor (high K fém dielektrikum, Hafnium) pl: Intel újgenerációs processzoraiban Metal gate (a PolySi –ot váltja fel) 2012 ?:
Itanium (Poulson) 32nm / 3.1 milliárd tranz. 50 MB L3 Cache, 12 utasítás/clock
1. Roadmap projections for Semiconductor technology (prediction) Dynamic Ram
Year
Microprocessors
Smallest Wiring On-Chip feature Chip size Billions of Chip size Millions of Levels / Clock chip [m] [mm²] bits / chip [mm²] transistors / cm² (MHz)
1995 1998 2001 2004 2007 2010
0.35 0.25 0.18 0.13 0.09 0.07
190 280 420 640 960 1400
0,064 0,256 1 4 16 64
250 300 360 430 520 620
I/O /chip
4 7 13 25 50 90
300 450 600 800 1000 1100
4-5 5 5-6 6 6-7 7-8
500
3600 ?
7 8
2. NOW and near future:
2004 end of 2005 2009*
0.09-0.13 0.065 0.03
*EUV: extrem UV lithographical technique
110 70 Mbit
900 1350 2000 2600 3600 4800
Moore’s law: Intel processor and memory roadmap between ‘70 and 2010.
1,00E+10
Intel Itanium® 2 (9MB Cache)
1,00E+09
4G
Intel Core™2 Quad (Q6600) 1G 256M
2G
512M
Intel Core™ i7 (EE-975)
128M Intel Pentium® 4
16M
Transistors per die / Memory capacity
Intel Itanium® 2
64M
1,00E+08
1,00E+07
Intel Pentium®
1M
Intel Core™2 Duo (E4300)
Intel Itanium® Intel Pentium® III
Intel Pentium® II
4M
Intel Itanium® (Tukwila)
Intel Celeron®
Intel 486™
1,00E+06 256K Intel 386™ Intel 286™
64K
1,00E+05 16K
1,00E+04
8080
8086
8088
4K
4004 8008
1,00E+03
1K
1,00E+02
1,00E+01
1,00E+00 1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
Year
Microprocessor
Memory
2000
2005
2010
2015
Flash memory
2006-II. 2008 szept.08
<50 nm 16 Gbit (max 32 GB) 40-20 nm 32 Gbit (max 64 GB) ~20 nm 16 Gbit (max 32 GB)
16 milliárd! Samsung CF NOR technology Samsung NAND CF (PRAM t) Samsung SSD PRAM technology
Órajelnövelés helyett Párhuzamosítás!
Többmagos tech. Intel Core2 Duo/Extreme AMD Athlon 64 X2 5200+ IBM Power6 (2 magos) Intel Core2 Duo/Extreme Intel Core2 Quad (4 mag) AMD Phenom Quad(4 m) IBM Cell (8 magos) - PS3
Feature
Size
65nm 90nm SOI 65nm SOI 45nm (HKMG) 65nm 65nm SOI 90nm SOI
143 mm 2 199 mm 2 341 mm 2 2x107mm 2 2x143mm 2 285 mm 2 221 mm
Millions of trans. 2
291 millió 233 millió 700 millió 2 x 410 millió 2 x 291 millió 463 millió 231 millió
Dissipation (TPD/ACP)
2.9 GHz 65-125 W 2.6 GHz 65-80 W <5 GHz >100 W 2.6 GHz 130W 2.6 GHz 130 W 2.2GHz 95 W 3.2 GHz 85 W
Conroe Windsor Penryn Conroe Agena
Kvantumszámítógép 2007.febr. sokváltozós feladatokra: biometrika, parametrikus adatbázisok , pénzügyi számítások számára D-Wave
Szuperszámítógépek
Első szuperszámítógépek
LARC: (Livermore – US) atom-kutatásokra (1960) IBM 7030 / Strech (1961) MA (2010. nov)!: www.top500.org
1.) Tianhe-1A: NUDT TH MPP, X5670 2.93Ghz + NVIDIA Tesla GPUs,
2.) Jaguar Cray XT5-HE Opteron Six-Core 2.6 GHz (Oak Ridge Laboratory Tennessee)
224 162 processzor (1.759 millió GFLOPs (~ 1.76 PetaFLOP teljesítmény)
7.) IBM Roadrunner BladeCenter QS22/LS21 Cluster, (LANL, Los Alamos -)
186 368 processzor (Intel EM64T Xeon X5670 2.93 GHz ), 229 376 GB memória 2.57 PetaFLOP/s teljesítmény !!!
129 600 processzoros rendszer (PowerXCell 8i 3.2 GHz ) 73 728 GB memória (N/A) 1.105 millió GFLOPs teljesítmény! (~ 1 PetaFLOP sebességtartomány)
Lehetőségek: FDE – parallelizmus
átlapolt végrehajtás (látszólagos) - pipeline teljesen párhuzamos végrehajtás (több processzor) – pl. CELL BE Heterogén multi-core-os rendszerek
Tianhe-1A
Jaguar Cray XT5-HE
IBM Roadrunner supercomputer
http://www.ibm.com
2009. február: AMD X4 Phenom II. (4 mag, 45nm, 3GHz, 758 millió tranzisztor, 125W, Deneb kódnéven)
Intel Nehalem-EX: 80 mag
ISSC’2007 Polaris: 80 mag
1 TeraFLOPs. 4 - 5.1 GHz
65 nm technológia 3D rétegszerkezet
100 – 175 W
Intel Core i7 EE 980x
32nm 3.3 GHz 6 mag / 12 szál
Más alternatíva: D-Wave Kvantumszámítógép
2009: 128 qubit-es változat
„qubit”: a kvantum-rendszer alapegysége, amellyel Boole algebrában ismert ‘0’ és ‘1’ állapotok két normalizált és kölcsönösen ortogonális kvantum állapot-pár segítségével ábrázolhatók { |0 > , |1 > }
Félvezetők helyett szupravezető fémet használnak mágneses vákuumban: niobium (ultra alacsony hőmérsékleten) HPC: High Performance Computing alkalmazásokra, (paralel, elosztott számítási struktúra)
http://www.dwavesys.com
