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Rendimiento de la CPU – velocidad de reloj, núcleos, caché y sistema en un chip

InformáticaComputadoras y hardwareEdades 16–17

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Ajusta la velocidad de reloj, el número de núcleos y el tamaño de la caché L2, y ejecuta cinco tipos de tarea para ver cuánto tarda cada una. Un gráfico de actividad de los núcleos separa la parte en serie, la parte en paralelo y el tiempo de espera a la memoria, y una gráfica de la ley de Amdahl muestra por qué añadir núcleos tiene un límite. La pestaña Jerarquía de memoria recorre lecturas por registros, L1, L2 y RAM para mostrar aciertos, fallos de caché y localidad; la pestaña Sistema en un chip compara potencia y rendimiento.

Lección: Rendimiento de la CPU: velocidad de reloj, número de núcleos, tamaño de caché y segmentación; jerarquía de memoria; sistema en un chip (SoC)

Qué muestra

Tres factores deciden lo rápido que un procesador termina una tarea. La velocidad de reloj fija cuántos ciclos se ejecutan por segundo; más núcleos solo ayudan en la parte de la tarea que puede ir en paralelo, que es la ley de Amdahl: aceleración = 1 / ((1 − p) + p/n). La caché es una memoria pequeña y rápida junto a los núcleos: un acierto evita un viaje lento a la RAM, y los programas con buena localidad de referencia consiguen muchos más aciertos. La segmentación solapa las etapas de varias instrucciones. Un sistema en un chip reúne CPU, GPU, memoria y radios en una sola pastilla para ahorrar energía y espacio.

Cómo usarla

En Prueba de rendimiento, mueve Velocidad de reloj, Núcleos y Caché L2, elige una Tarea y la Parte paralela p, marca Segmentación y pulsa Ejecutar prueba y Añadir a la tabla para comparar. En Jerarquía de memoria, elige un Programa y pulsa Paso o Ejecutar para ver si cada lectura acierta en L1, en L2 o va a la RAM. En Sistema en un chip, toca un bloque y cambia Montaje para comparar potencia y batería.

Parámetros que puedes cambiar

  • Pestaña inicial Prueba de rendimiento, Jerarquía de memoria, Sistema en un chip
  • Velocidad de reloj 1–5 GHz
  • Número de núcleos 1–16
  • Tamaño de la caché L2 0,5 MB, 1 MB, 2 MB, 4 MB, 8 MB, 16 MB, 32 MB
  • Tarea Ejecutar el script de una web, Recalcular una hoja de cálculo, Aplicar un filtro a una foto, Compilar un programa grande, Exportar un vídeo
  • Parte paralela de la tarea 0–100 %
  • Segmentación (pipeline)
  • Programa de lectura de memoria Leer un array en orden, Reutilizar un array pequeño (12 elementos) 5 veces, Reutilizar un array grande (40 elementos) 3 veces, Lecturas aleatorias

Preguntas para explorar

  1. ¿Por qué pasar de 8 a 16 núcleos casi no acelera el script de la página web?
  2. ¿Por qué leer un array en orden da un 75 % de aciertos en L1 aunque cada elemento sea nuevo?
  3. ¿Por qué subir el reloj de 4 a 5 GHz cuesta mucha más potencia que de 1 a 2 GHz?

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