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Performances du processeur – fréquence d’horloge, cœurs, mémoire cache et système sur puce

InformatiqueOrdinateurs et matériel16–17 ans

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Réglez la fréquence d’horloge, le nombre de cœurs et la taille du cache L2, puis lancez cinq types de tâches pour voir combien de temps prend chacune. Un chronogramme des cœurs sépare la partie séquentielle, la partie parallèle et l’attente de la mémoire, et une courbe de la loi d’Amdahl montre pourquoi ajouter des cœurs a une limite. L’onglet Hiérarchie mémoire suit chaque lecture à travers registres, L1, L2 et RAM pour montrer succès, défauts de cache et localité ; l’onglet Système sur puce compare puissance et performances.

Leçon : Performances du processeur : fréquence d’horloge, nombre de cœurs, taille du cache et pipeline ; hiérarchie mémoire ; système sur puce (SoC)

Ce qu’elle montre

Trois facteurs déterminent la vitesse à laquelle un processeur termine une tâche. La fréquence d’horloge fixe le nombre de cycles par seconde ; davantage de cœurs n’aident que pour la partie de la tâche exécutable en parallèle, selon la loi d’Amdahl : accélération = 1 / ((1 − p) + p/n). Le cache est une petite mémoire rapide proche des cœurs : un succès évite un aller lent vers la RAM, et les programmes à bonne localité des références obtiennent bien plus de succès. Le pipeline superpose les étapes de plusieurs instructions. Un système sur puce réunit CPU, GPU, mémoire et radios sur une seule puce pour gagner en énergie et en place.

Mode d’emploi

Dans Test de performances, réglez Fréquence d’horloge, Cœurs et Cache L2, choisissez une Tâche et la Partie parallèle p, cochez Pipeline, puis cliquez sur Lancer le test et Ajouter au tableau pour comparer. Dans Hiérarchie mémoire, choisissez un Programme et cliquez sur Pas ou Lancer pour voir chaque lecture réussir en L1, en L2 ou aller en RAM. Dans Système sur puce, touchez un bloc et changez Montage pour comparer puissance et autonomie.

Paramètres modifiables

  • Onglet de départ Test de performances, Hiérarchie mémoire, Système sur puce
  • Fréquence d’horloge 1–5 GHz
  • Nombre de cœurs 1–16
  • Taille du cache L2 0,5 Mo, 1 Mo, 2 Mo, 4 Mo, 8 Mo, 16 Mo, 32 Mo
  • Tâche Exécuter le script d’une page web, Recalculer un tableur, Appliquer un filtre photo, Compiler un gros programme, Exporter une vidéo
  • Partie parallèle de la tâche 0–100 %
  • Pipeline
  • Programme de lecture mémoire Lire un tableau dans l’ordre, Réutiliser un petit tableau (12 éléments) 5 fois, Réutiliser un grand tableau (40 éléments) 3 fois, Lectures aléatoires

Questions à explorer

  1. Pourquoi passer de 8 à 16 cœurs n’accélère-t-il presque pas le script de page web ?
  2. Pourquoi lire un tableau dans l’ordre donne-t-il 75 % de succès en L1 alors que chaque élément est nouveau ?
  3. Pourquoi passer de 4 à 5 GHz coûte-t-il bien plus de puissance que de 1 à 2 GHz ?

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