developpement:activites:qualification:30ans1code

Différences

Ci-dessous, les différences entre deux révisions de la page.

--- developpement:activites:qualification:30ans1code [2019/12/17 10:47]
equemene
+++ developpement:activites:qualification:30ans1code [2019/12/17 11:40]
equemene
@@ Ligne 14: / Ligne 14: @@
 (détournement de Tolkien...)
 ===== Résumé =====
 Partout, on parle d'augmentation de puissance de calcul des ordinateurs mais comment et en quoi ces capacités ont-elles évolué ces 30 dernières années ? Quoi de plus illustratif que de chercher à "retrouver" par la simulation une image comparable à celle qui a inondé nos médias en ce printemps 2019 : celle d'un trou noir et son écharpe de plasma. Partant du premier article représentant un trou noir, un programme de 25 ans d'âge sera modifié et exécuté sur différents "moteurs de traitement de l'information", les processeurs, classiques, graphiques et éphémères : ceux qui existaient il y a 30 ans, ceux qui émergeaient il y a 10 ans et ceux d'aujourd'hui.
-===== Flash Back de 40 ans : Entre l'image "mesurée" de 2019 et l'image simulée de 1979 =====
+===== Flash Back de 40 ans : entre l'image "mesurée" de 2019 et l'image simulée de 1979 =====
 Impossible, en ce printemps 2019, d'échapper à cette "image" du trou noir de Messier 87. Belle "image", plus dans son sens étymologique que son sens "photographique". Ce qui est dommage, c'est que le traitement médiatique de l'évènement se soit focalisé sur une brillante programmeuse ayant participé à la réduction de données... Dommage parce que c'est la conjonction du dispositif de synthèse d'ouverture (qui a bouleversé l'astronomie ces dernières décennies) et la progression exponentielle de la puissance de calcul scientifique qui ont permis, ensemble, de parvenir à cette prouesse.
@@ Ligne 24: / Ligne 25: @@
 {{:developpement:activites:qualification:blackhole20190410.jpg?400|}}
-Aussitôt cette "image" publiée, montrant sans ambiguïté l'horizon du cadavre obscur et son possible disque d'accrétion en rotation, beaucoup se sont rappelés une autre image, la première image (simulée cette fois) d'un disque d'accrétion autour d'un trou noir. Pour cela, il fallait revenir 40 ans en arrière avec un article publié en 1979 dans Astronomy & Astrophysics par un jeune astrophysicien, Jean-Pierre Luminet. Sur la dernière page de son article apparaissait la première image, image issue cette fois d'une expérience numérique.
+Aussitôt cette "image" publiée, montrant sans ambiguïté l'horizon du "cadavre obscur" et son possible disque d'accrétion en rotation, beaucoup se sont rappelé une autre image, la première image (simulée cette fois) d'un disque d'accrétion autour d'un trou noir. Pour cela, il fallait revenir 40 ans en arrière avec un article publié en 1979 dans Astronomy & Astrophysics par un jeune astrophysicien, Jean-Pierre Luminet. Sur la dernière page de son article apparaissait la première image, image issue cette fois d'une expérience numérique.
 {{:developpement:activites:qualification:1979aa_75_228l.png?400|}}
@@ Ligne 40: / Ligne 41: @@
 {{:developpement:activites:qualification:z_bb.jpg?300| }}
-Il aura fallu 22 ans (un cycle solaire ;-) ) pour que ce programme en C serve de matrice à un autre programme permettant d'exploiter les deux révolutions technologiques majeures de ce 21e siècle en informatique : la multiplication des coeurs et l'exploitation des GPU comme accélérateur.
+Il aura fallu 22 ans (un cycle solaire ;-) ) pour que ce programme en C serve de matrice à un autre programme permettant ainsi d'exploiter les deux révolutions technologiques majeures de ce 21e siècle en informatique : la multiplication des coeurs et l'exploitation des GPU comme accélérateur.
 === Simuler l'image d'un trou noir, mais comment ? ===
-La méthode numérique pour construire cette image est aussi vieille que la génération d'images par ordinateur : le //[[https://fr.wikipedia.org/wiki/Ray_tracing|lancer de rayons]]// (ou //raytracing//). Le principe consiste à "remonter le temps" : partir de chaque élément de l'image (ou de chaque pixel) et suivre son parcours jusqu'à sa "source". Chaque rayon peut intercepter une surface ou pas. Si non, le pixel est noir, si oui, le pixel a un "couleur" à définir par rapport à son point de contact. Si l'objet est bleu, le pixel sera bleu mais avec une intensité déterminée à partir de des lois physiques. La surface peut aussi être transparente et le rayon peut poursuivre sa route jusqu'à intercepter une autre surface.
+La méthode numérique pour construire cette image est aussi vieille que la génération d'images par ordinateur : le //[[https://fr.wikipedia.org/wiki/Ray_tracing|lancer de rayons]]// (ou //raytracing//). Le principe consiste à "remonter le temps" : partir de chaque élément de l'image (ou de chaque pixel) et suivre son parcours jusqu'à sa "source". Chaque rayon peut intercepter une surface ou pas. Si non, le pixel est noir, si oui, le pixel a un "couleur" à définir par rapport à son point de contact. Si l'objet est bleu, le pixel sera bleu mais avec une intensité déterminée à partir des lois physiques. La surface peut aussi être transparente et le rayon peut poursuivre sa route jusqu'à intercepter une autre surface.
 Dans notre cas, les rayons ne sont pas des lignes mais suivent des "géodésiques de l'espace-temps", lesquelles sont des courbes dans un espace courbe. Il faudra donc estimer, pour chaque pixel, quelle est la trajectoire du rayon. 3 solutions s'offrent alors pour son origine :
-  * soit elle sort de la "zone" de nos objets (trou noir et disque), au delà du rayon externe : le pixel est noir
+  * soit elle sort de la "zone" de nos objets (trou noir et disque), au-delà du rayon externe : le pixel est noir ;
-  * soit elle rentre à un distance inférieure au rayon de Schwarzschild et ne peut en sortir : le pixel est noir (un peu le principe du trou noir, c'est que rien n'en sort en deça du fameux rayon de Schwarzschild)
+  * soit elle rentre à un distance inférieure au rayon de Schwarzschild et ne peut en sortir : le pixel est noir (un peu le principe du trou noir, c'est que rien n'en sort en deça du fameux rayon de Schwarzschild) ;
-  * soit elle intercepte le disque : le pixel est d'une intensité à définir à partir de l'intersection entre trajectoire et disque
+  * soit elle intercepte le disque : le pixel est d'une intensité à définir à partir de l'intersection entre trajectoire et disque.
 C'est comme cela que toutes les images par lancer de rayons sont construites.
@@ Ligne 57: / Ligne 58: @@
 ==== Loi de Moore & loi d'Ohm ====
-En électronique, les lois gouvernant le plus l'évolution technologique sont la loi de Moore et la loi d'Ohm.
+En électronique, les lois gouvernant le mieux l'évolution technologique sont la loi de Moore et la loi d'Ohm.
-La loi "commune" de Moore stipule que la "puissance" de traitement d'un circuit double tous les 18 mois. En fait, Moore n'a jamais proposé cette loi en l'état mais a proposé qu'un circuit intégrait chaque année deux plus de de transistors pour le même budget que l'année précédente. Il révisa en 1975 son énoncé en allongeant la période de doublement de transistors à deux années.
+La loi "commune" de Moore stipule que la "puissance" de traitement d'un circuit double tous les 18 mois. En fait, Moore n'a jamais proposé cette loi en l'état, mais a suggéré qu'un circuit intégrait chaque année deux plus de transistors pour le même budget que l'année précédente. Il révisa en 1975 son énoncé en allongeant la période de doublement de transistors à deux années.
-La loi d'Ohm décrit elle le comportement endémique d'un composant électrique à dissiper une partie de son énergie sous forme de chaleur quand un courant électrique le traverse. Si cette dernière loi est très utile pour nos bouilloires ou nos machines à laver, elle est plutôt gếnante lorsqu'il s'agit de composants électroniques, notamment les circuits électroniques présents dans tous nos équipements quotidiens.
+La loi d'Ohm décrit, elle, le comportement endémique d'un composant électrique à dissiper une partie de son énergie sous forme de chaleur quand un courant électrique le traverse. Si cette dernière loi est très utile pour nos bouilloires ou nos machines à laver, elle est plutôt gếnante lorsqu'il s'agit de composants électroniques, notamment les circuits électroniques présents dans tous nos équipements quotidiens.
 ==== 30 "systèmes informatiques" et un seul programme ====
@@ Ligne 67: / Ligne 68: @@
 Nous allons illustrer 5 révolutions technologiques de ces 30 dernières années en exécutant (presque) un même programme sur 30 "systèmes informatiques" différents : 16 d'entre eux seront des systèmes à base de processeurs traditionnels (un ou plusieurs CPU ou Central Processing Units), 13 à base de circuits graphiques (des GPU ou GPGPU pour Graphical Processing Units ou General Purpose GPU) et le 30ème sera le seul accélérateur de type MIC (Many Integrated Cores).
-Parmi les 16 processeurs testés, 11 Intel et 5 AMD, des modèles entre 1989 et 2018. Pour les processeurs Intel : 80386SX, 80486SX, 80486DX4, Pentium 4 Northwood, E5440, X5550, E5-2637v4, E5-2680v4, Gold 5122, Silver 4144 et W-2145. Pour les AMD : Amd5x86, K6-2, K7, AthlonX2, ThreadRipper 1950X. Leurs fréquence va de 25 MHz pour le plus lent à 3.7 GHz pour le plus rapide.
+Parmi les 16 processeurs testés, 11 Intel et 5 AMD, des modèles entre 1989 et 2018. Pour les processeurs Intel : 80386SX, 80486SX, 80486DX4, Pentium 4 Northwood, E5440, X5550, E5-2637v4, E5-2680v4, Gold 5122, Silver 4144 et W-2145. Pour les AMD : Amd5x86, K6-2, K7, AthlonX2, ThreadRipper 1950X. Leurs fréquences vont de 25 MHz pour le plus lent à 3.7 GHz pour le plus rapide.
 Pour la panoplie des GPU, nous avons 5 générations successives de circuits graphiques de gamer Nvidia de 2013 à 2019 avec les cartes GTX 560 Ti, GTX 780 Ti, GTX 980 Ti, GTX 1080 Ti, RTX Titan. Pour les circuits Nvidia graphiques "dédiés" au calcul, nous avons 5 générations Tesla : C1060, M2090, K40m, P100, V100. Pour les AMD, nous avons les trois dernières générations : Nano Fiji, Vega 64 et Radeon VII. A ces 13 accélérateurs de type GPU s'ajoute le Xeon Phi Intel 7120P.
@@ Ligne 73: / Ligne 74: @@
 ==== Echantillon de machines pertinent pour la loi de Moore ? ====
-Comme premier travail cherchons d'abord à vérifier si notre échantillon de processeurs informatiques "respecte" la loi de Moore. Ce premier travail de bibliographie n'est pas si anodin que cela.
+Notre premier travail consiste d'abord à vérifier si notre échantillon de processeurs informatiques "respecte" la loi de Moore. Ce premier travail de bibliographie n'est pas si anodin qu'il y paraît.
-En effet, avant 2010, tout allait bien : d'un côté, tous les processeurs sont bien documentés et la base de données Ark d'Intel publiait sans souci le nombre de transistors sur ses sockets de processeurs. Ainsi, nous apprenons que le E5440 dispose de 810 millions de transistors et le X5550 de 731 millions. Nous pouvons être surpris de voir le nombre de transistors baisser alors que le nombre de coeurs est identique, surtout que ce dernier embarque le contrôleur mémoire alors que son aîné avait cela sur son processeur. Ceci illustre un élément intéressant, lequel apparaît nettement si nous regardons une photographie de la lithographie d'un processeur : la mémoire cache "occupe" une surface imposante des processeurs, et donc un nombre croissant de transistors : autour de 40% pour le E5440 et 30% pour le X5550. A partir de la génération suivante, Westmere, Intel est beaucoup moins prolixe sur le nombre de transistors et les informations deviennent de plus en plus difficiles à trouver avec la croissance du nombre de coeurs. Etablir une relation entre le nombre de coeurs et le nombre de transistors, pour une génération donnée de processeur, tient de l'ingenérie inverse : des informations fragmentaires sont à dénicher sur des sites spécialisés, en les recoupant, et, surtout, en sachant résoudre des systèmes d'équations ! Ce sont donc des estimations pour certains d'entre eux.
+En effet, avant 2010, tout allait bien : d'un côté, tous les processeurs sont bien documentés et la base de données Ark d'Intel publiait sans souci le nombre de transistors sur ses sockets de processeurs. Ainsi, nous apprenons que le E5440 dispose de 810 millions de transistors et le X5550 de 731 millions. Nous pouvons être surpris de voir le nombre de transistors baisser alors que le nombre de coeurs est identique, d'autant plus que ce dernier embarque le contrôleur mémoire alors que son aîné en était dépourvu. Cela illustre un élément intéressant, lequel apparaît nettement si nous regardons une photographie de la lithographie d'un processeur : la mémoire cache "occupe" une surface imposante des processeurs, et donc un nombre croissant de transistors : autour de 40% pour le E5440 et 30% pour le X5550. A partir de la génération suivante, Westmere, Intel est beaucoup moins prolixe sur le nombre de transistors et les informations deviennent de plus en plus difficiles à trouver avec la croissance du nombre de coeurs. Etablir une relation entre le nombre de coeurs et le nombre de transistors, pour une génération donnée de processeur, tient de l'ingénierie inverse : des informations fragmentaires sont à dénicher sur des sites spécialisés, en les recoupant, et, surtout, en sachant résoudre des systèmes d'équations ! Ce sont donc des estimations pour certains d'entre eux.
 Ainsi, nous avons 275000 transistors pour le 80386SX, le 80486SX est le premier à dépasser le million, le K6-2 approche les 10 millions. Le milliard n'est dépassé qu'en associant 2 E5440 Harpertown et le plus "lourd" reste le ThreadRipper hébergeant près de 10 milliards de transistors.
@@ Ligne 81: / Ligne 82: @@
 A la représentation de l'évolution du nombre de transistors des "systèmes processeurs", nous ajoutons leur évolution en fréquence. Nous avons ajouté la "fréquence turbo". Cette fréquence est très significative pour les processeurs récents, représentant jusqu'à 40% de la fréquence nominale. Elle est essentiellement exploitée pour les tâches non parallélisées.
-Une représentation logarithmique permet de saisir la progression géométrique du nombre de transistors. Pour la fréquence, elle suit aussi une progression géométrique mais, en 2005, s'arrête, régresse et repart légèrement à la hausse. Avec une méthode de régression de type moindre carrés, tâchons de retrouver les "lois" qui gouvernent ces droites.
+Une représentation logarithmique permet de saisir la progression géométrique du nombre de transistors. Pour la fréquence, elle suit aussi une progression géométrique mais, en 2005, elle s'arrête, puis régresse et repart légèrement à la hausse. Avec une méthode de régression de type "moindres carrés", tâchons de retrouver les "lois" qui gouvernent ces droites.
 {{ :developpement:activites:qualification:transistorsfrequencies.png?500 |}}
@@ Ligne 87: / Ligne 88: @@
 Pour le nombre de transistors, si nous exprimons cette loi par ''Transistors(Y)=exp(a*Y+b)'', nous trouvons que ''a'' vaut ''0.342'' et ''b'' vaut ''-667''. Si nous cherchons le temps qui sépare le doublement du nombre de transistors par cette loi, nous effectuons le calcul ''ln(2)/a'' et nous trouvons ''2.02'', soit 2 à 1% près ! Effectivement, nous retrouvons la loi selon laquelle l'intégration de transistors sur un support double tous les deux ans : la loi de Moore. Petit détail comique : si nous cherchons quand le nombre de transistors était égal à l'unité (par ''-b/a''), nous tombons sur 1951 (seulement 3 ans après l'invention du transistors :-).
-Quant est-il de l'évolution de la fréquence ? Nous constatons 2 périodes successives : une première suit une loi à peu près comparable de 1989 à 2004. En exprimant cette loi par un ''Frequence(Y)=exp(c*Y+d)'', nous trouvons ''c=0.307'' et ''d=-609''. La fréquence a donc doublé tous les 27 mois en moyenne durant cette période. Après, nous assistons à un léger replis sous les 3 GHz puis une réaugmentation ces toutes dernières années. Cette "brisure" est fondamentale : elle illustre comment l'effet Joule a stoppé net la progression de la fréquence alors que la miniaturisation des transistors se poursuivait. Les transistors devaient donc être exploité "autrement".
+Qu'en est-il de l'évolution de la fréquence ? Nous constatons 2 périodes successives : une première suit une loi à peu près comparable de 1989 à 2004. En exprimant cette loi par un ''Frequence(Y)=exp(c*Y+d)'', nous trouvons ''c=0.307'' et ''d=-609''. La fréquence a donc doublé tous les 27 mois en moyenne durant cette période. Ensuite, nous assistons à un léger repli sous les 3 GHz puis une réaugmentation ces toutes dernières années. Cette "brisure" est fondamentale : elle illustre comment l'effet Joule a stoppé net la progression de la fréquence, alors que la miniaturisation des transistors se poursuivait. Les transistors devaient donc être exploités "autrement".
 Toujours est-il que cette simple représentation montre que notre échantillon est bien pertinent : il respecte la loi de Moore et nous montre cette "transition" en 2004 sur la fréquence. Reste maintenant à exécuter notre code.
@@ Ligne 93: / Ligne 94: @@
 ==== Quelles révolutions informatiques ces 30 dernières années ? ====
-Il ne suffit pas de disposer de plus de transistors sur un processeur pour augmenter sa capacité de traitement. Cependant, cette croissance complémentaire va permettre d'intégrer directement dans le circuit des éléments qui ne s'y trouvaient pas, ou seulement dans des architectures "confidentielles" pour l'époque. Voici les 5 (r)évolutions que nous avons choisies :
+Il ne suffit pas de disposer de transistors en plus sur un processeur pour augmenter sa capacité de traitement. Cependant, cette croissance complémentaire va permettre d'intégrer directement dans le circuit des éléments qui ne s'y trouvaient pas, ou seulement dans des architectures "confidentielles" pour l'époque. Voici les 5 (r)évolutions que nous avons choisies :
   * intégration systématique d'une unité de calcul en virgule flottante, la FPU (ou Floating Point Unit)
   * exploitation de l'architecture RISC en interne au processeur
@@ Ligne 101: / Ligne 102: @@
 Chacune de ces révolutions sera illustrée par un avant et un après :
-  * Intégration FPU. Avant : le 30386SX et le 80486SX. Après le 80486DX4 et le Amd5x86
+  * Intégration FPU. Avant : le 30386SX et le 80486SX. Après : le 80486DX4 et le Amd5x86 ;
-  * Exploitation RISC et vectorisation. Avant : les précédents. Après : le K6-2
+  * Exploitation RISC et vectorisation. Avant : les précédents. Après : le K6-2 ;
-  * Multiplication des coeurs. Avant : les précédents. Après : le Northwood P4 et le AthlonX2
+  * Multiplication des coeurs. Avant : les précédents. Après : le Northwood P4 et le AthlonX2 ;
   * Manipulation des GPU. Avant : tous les processeurs. Après : 10 ans d'évolution de GPU et GPGPU.
 === Conditions expérimentales et exécution du code ===
-C'est un même code que nous allons exploiter mais ce dernier propose un certain nombre d'options. Parmi ces options, nous avons
+C'est un même code que nous allons exploiter mais ce dernier propose un certain nombre d'options. Options parmi lesquelles, nous avons :
-  * la masse (en fait, un trou noir statique n'est défini "que" par ce paramètre)
+  * la masse (en fait, un trou noir statique n'est défini "que" par ce paramètre) ;
-  * la taille de l'image générée
+  * la taille de l'image générée ;
-  * les rayons intérieur et extérieur du disque de plasma
+  * les rayons intérieur et extérieur du disque de plasma ;
   * l'inclinaison de l'observateur par rapport au disque
   * la nature de l'émission du plasma :
-    * émission monochromatique, noté Mono, irréaliste mais instructive
+    * émission monochromatique, noté Mono, irréaliste mais instructive,
-    * émission de corps noir, noté BB, plus réaliste
+    * émission de corps noir, noté BB, plus réaliste.
 En fonction de la performance et de la mémoire disponible dans chaque système.
@@ Ligne 131: / Ligne 132: @@
 {{ :developpement:activites:qualification:trounoirz_trajectopixel_device0_casimir_20191217_104144.png?500 |}}
-Voici une image en *flux* dont l'émission du disque est une **raie monochromatique** (une unique couleur).
+Voici une image en **flux** dont l'émission du disque est une **raie monochromatique** (une unique couleur).
 {{ :developpement:activites:qualification:trounoirf_trajectopixel_device0_casimir_20191217_104144.png?500 |}}
@@ Ligne 141: / Ligne 142: @@
 === Intégration du calcul flottant dans le processeur ===
-Dès le premier IBM PC, Intel a proposé sur sa carte mère d'associer au processeur une unité spécialisée permettant d'effectuer les opérations classiques de calcul en virgule flottante : le [[https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_8087|8087]] était ainsi associé au processeur [[https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_8086|8086]]. Cette approche s'est poursuivie durant toutes les années 1980 sur les évolutions de ses processeurs, le 80286 puis le 80386. Il suffisait d'ajouter un x87 (80287 ou 80387) pour "transformer des minutes en secondes".
+Dès le premier IBM PC, Intel a proposé sur sa carte-mère d'associer au processeur une unité spécialisée permettant d'effectuer les opérations classiques de calcul en virgule flottante : le [[https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_8087|8087]] était ainsi associé au processeur [[https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_8086|8086]]. Cette approche s'est poursuivie durant toutes les années 1980 sur les évolutions de ses processeurs, le 80286 puis le 80386. Il suffisait d'ajouter un x87 (80287 ou 80387) pour "transformer des minutes en secondes".
 Dans notre cas, nous allons exploiter 4 processeurs : deux sont dépourvus de coprocesseur flottant (le 80386SX à 40 MHz et le 80486SX à 25 MHz), deux en sont équipés (le 80486DX à 75 MHz et le Amd5x86 à 133 MHz).
@@ Ligne 149: / Ligne 150: @@
 {{:developpement:activites:qualification:8038680486.png?500|}}
-Nous constatons que la fréquence ne fait pas tout ! En effet, le 80386SX est à une fréquence presque 2 fois supérieure au 80486SX et pourtant le 80486SX l'emporte largement. Plus de transistors ont permis au 80486SX de multiplier par 2.5x la performance dans les deux cas.
+Nous constatons que la fréquence ne fait pas tout ! En effet, le 80386SX est à une fréquence presque 2 fois supérieure au 80486SX et pourtant le 80486SX l'emporte largement. D'avantage de transistors ont permis au 80486SX de multiplier par 2.5x la performance dans les deux cas.
 Si nous ajoutons d'abord le premier processeur de notre gamme à être équipé de FPU, le 80486DX4, le gain est très significatif :
@@ Ligne 175: / Ligne 176: @@
 {{:developpement:activites:qualification:k6-2_hammsqueeze.png?500|}}
-Si nous enlevons l'augmentation de fréquence (presque doublée), le changement d'architecture du Amd5x86 au K6 apporte un gain de 75% en BB et 2 en Mono si nous restons en 1998 (avec la distribution équipée d'un compilateur GCC version 2.7). Par contre, en 2011 avec un compilateur GCC 4.4, ce gain passe à presque 10 en BB et presque 5 en Mono. Ainsi, les microarchitectures anciennes (et là probablement la vectorisation) sont bien mieux supportées dans les compilateurs récents.
+Si nous enlevons l'augmentation de fréquence (presque doublée), le changement d'architecture du Amd5x86 au K6 apporte un gain de 75% en BB et 2 en Mono, si nous restons en 1998 (avec la distribution équipée d'un compilateur GCC version 2.7). Par contre, en 2011 avec un compilateur GCC 4.4, ce gain passe à presque 10 en BB et presque 5 en Mono. Ainsi, les microarchitectures anciennes (et là probablement la vectorisation) sont bien mieux supportées dans les compilateurs récents.
-Au final, le RISC86 et la vectorisation du K6-2 auront offerts un gain de 2400 en BB et 2200 en Mono. Avec l'augmentation de fréquence, c'est un gain entre 12500 et 14000. C'est plus d'un ordre de grandeur par rapport à ce qu'offrait déjà l'intégration du FPU dans le processeur.
+Au final, le RISC86 et la vectorisation du K6-2 auront offert un gain de 2400 en BB et 2200 en Mono. Avec l'augmentation de fréquence, c'est un gain entre 12500 et 14000. C'est plus d'un ordre de grandeur par rapport à ce qu'offrait déjà l'intégration du FPU dans le processeur.
 === Avant la multiplication des coeurs, le passage de l'an 2000 ===
@@ Ligne 205: / Ligne 206: @@
 {{:developpement:activites:qualification:quadcores.png?500|}}
-Nous constatons non sans une certaine surprise que le processeur le plus récent avec la fréquence la plus élevée (le Skylake Gold 5122 à 3.6 GHz) est bien inférieur à son prédecesseur (le Broadwell E5-2637v4 à 3.5 GHz). Il faut aussi noter que, finalement, entre le Harepertown de 2008 et le Skylake de 2018, sur ce code séquentiel, c'est seulement un gain d'un facteur 3, bien en dessous de ce que 10 années précédentes avaient offert...
+Nous constatons non sans une certaine surprise que le processeur le plus récent avec la fréquence la plus élevée (le Skylake Gold 5122 à 3.6 GHz) est bien inférieur à son prédécesseur (le Broadwell E5-2637v4 à 3.5 GHz). Il faut aussi noter que, finalement, entre le Harepertown de 2008 et le Skylake de 2018, sur ce code séquentiel, c'est seulement un gain d'un facteur 3, bien en dessous de ce que 10 années précédentes avaient offert...
 {{:developpement:activites:qualification:quadcores_log.png?500|}}
@@ Ligne 211: / Ligne 212: @@
 === Avec les processeurs les plus "gros" ou les plus récents ===
-A ces 4 systèmes équipés de 2 processeurs disposant de 4 coeurs, nous ajoutons 4 autres processeurs : un système disposant de 28 coeurs physiques (2 Broadwell E5-2680 à 2.4 GHz), un système disposant de 20 coeurs physiques (2 Skylake Silver à 2.2 GHz), un AMD Threadripper 1950X à 3.6 GHz disposant de 16 coeurs physique et un Skylake W-2145 à 3.6 GHz disposant de 8 coeurs. Ces quatre systèmes illustrent des configurations avec beaucoup de coeurs ou les dernières générations de processeurs disponibles au CBP.
+A ces 4 systèmes équipés de 2 processeurs disposant de 4 coeurs, nous ajoutons 4 autres processeurs : un système disposant de 28 coeurs physiques (2 Broadwell E5-2680 à 2.4 GHz), un système disposant de 20 coeurs physiques (2 Skylake Silver à 2.2 GHz), un AMD Threadripper 1950X à 3.6 GHz disposant de 16 coeurs physiques et un Skylake W-2145 à 3.6 GHz disposant de 8 coeurs. Ces quatre systèmes illustrent des configurations avec beaucoup de coeurs ou les dernières générations de processeurs disponibles au CBP.
  {{:developpement:activites:qualification:serialallprocessors.png?500|}}
@@ Ligne 217: / Ligne 218: @@
 Pas de grande surprise sinon la victoire d'une courte tête du Threadripper 1950X, devant le processeur de station de travail W-2145. Ainsi, ce n'est pas parce que c'est un processeur de serveur que c'est le plus performant, ou que c'est le plus récent à la fréquence la plus élevée.
-Au final, nous avons exécuté un code séquentiel, exactement le **même code** sans modification (à quelques déclarations de variables près) sur des processeurs séparés de 30 ans sur des systèmes d'exploitations entre 1996 (la Debian Buzz) et 2019 (la Ubuntu 18.10 ou la Debian Buster).
+Au final, nous avons exécuté un code séquentiel, exactement le **même code** sans modification (à quelques déclarations de variables près) sur des processeurs séparés de 30 ans sur des systèmes d'exploitation entre 1996 (la Debian Buzz) et 2019 (la Ubuntu 18.10 ou la Debian Buster).
 Le gain sans avoir modifié le code dépasse (ou approche) le million : 3 millions en BB mais "seulement" 700000 en Mono séparent le Intel 80386SX du Threadripper 1950X.
@@ Ligne 225: / Ligne 226: @@
 {{:developpement:activites:qualification:serialallprocessorsvsfreq.png?500|}}
-Nous constatons que les processeurs au sein d'une même génération sont complètement comparables (Skylake avec les Silver 4114, Gold 5122 et W-2145) en Mono et en BB. Il n'y a pas, en 15 ans (depuis le P4 Northwood) un gain supérieur à 3 en Mono. Le gain en BB est beaucoup plus significatif sur cette période : autour de 15.
+Nous constatons que les processeurs au sein d'une même génération sont parfaitement comparables (Skylake avec les Silver 4114, Gold 5122 et W-2145) en Mono et en BB. Il n'y a pas, en 15 ans (depuis le P4 Northwood) un gain supérieur à 3 en Mono. Le gain en BB est beaucoup plus significatif sur cette période : autour de 15.
 Ainsi, le processeur le plus rapide sur notre problème est 3430x plus rapide en BB et plus de 7763x en Mono qu'un 80386SX à fréquence équivalente.
 === Et la loi de Moore dans tout ça ? ===
@@ Ligne 238: / Ligne 239: @@
   * une période entre 2000 et 2019 de faible croissance
-Entre 1994 et 2000, les deux droites de régression permettent d'estimer un doublement de performances au bout d'une année seulement (1.01 et 1.1 années en BB et en Mono respectivement) : l'âge d'or de la microinformatique !
+Entre 1994 et 2000, les deux droites de régression permettent d'estimer un doublement de performances au bout d'une année seulement (1.01 et 1.1 années en BB et en Mono respectivement) : l'âge d'or de la micro-informatique !
 Mais à partir de 2004, un vrai tassement avec "presque" un pallier de performances comme le montrait le schéma précédent : en fait, seule la performance en BB augmente significativement d'une génération de processeur à la suivante (20x entre le ThreadRipper et le Northwood en BB et seulement 4x en Mono).
@@ Ligne 246: / Ligne 247: @@
 ===== La parallélisation du code =====
-Nous allons explorer plusieurs approches de parallélisation. Tout d'abord, la première va chercher à minimiser au maximum la modification du code source avec OpenMP. Puis, la seconde va explorer les approches de distribution massives de tâches avec OpenCL sur CPU : cette méthode permettra en outre, par son universalité, de pouvoir "aussi" être exploitée sur les GPU. Enfin, cette approche OpenCL sera modifier pour exploiter la méthode classique d'exploitation des GPU Nvidia via CUDA.
+Nous allons explorer plusieurs approches de parallélisation. Tout d'abord, la première va chercher à minimiser au maximum la modification du code source avec OpenMP. Puis, la seconde va explorer les approches de distribution massives de tâches avec OpenCL sur CPU : cette méthode permettra en outre, par son universalité, de pouvoir "aussi" être exploitée sur les GPU. Enfin, cette approche OpenCL sera modifiée pour exploiter la méthode classique d'exploitation des GPU Nvidia via CUDA.
 ==== Parallélisation à la OpenMP ====
@@ Ligne 252: / Ligne 253: @@
 Programmer avec OpenMP se résume souvent de la manière suivante : "casser des boucles". En fait, il s'agit plutôt de respecter le premier principe de la parallélisation : on distribue ce qui peut l'être le plus longtemps possible.
-Dans notre cas, la génération de notre image par //lancer de rayons// ne s'est pas faite pixel par pixel avec un calcul individuel des trajectoires. Nous avons exploité la symétrie du problème : la trajectoire ne dépend "que" de la distance qui sépare l'axe de l'image (pointant le centre du trou noir) avec la direction initiale du rayon partant de notre image. Cette valeur est le "paramètre d'impact". Ensuite, un fois cette trajectoire calculée pour ce paramètre d'impact, tous les pixels sur ce cercle étaient explorés pour savoir si oui ou non ils correspondaient à des trajectoires entrant en collision avec le disque.
+Dans notre cas, la génération de notre image par //lancer de rayons// ne s'est pas faite pixel par pixel avec un calcul individuel des trajectoires. Nous avons exploité la symétrie du problème : la trajectoire ne dépend "que" de la distance qui sépare l'axe de l'image (pointant le centre du trou noir) avec la direction initiale du rayon partant de notre image. Cette valeur est le "paramètre d'impact". Ensuite, une fois cette trajectoire calculée pour ce paramètre d'impact, tous les pixels sur ce cercle étaient explorés pour savoir si oui ou non ils correspondaient à des trajectoires entrant en collision avec le disque.
 La parallélisation naturelle s'est donc développée sur ce paramètre d'impact : pour une image 256x256, il y a 128 paramètres d'impact à explorer, lesquels peuvent être traités indépendamment, donc parallélisés. Cependant, nous pressentons un petit souci : au fur et à mesure que nous nous éloignons du centre de l'image, le cercle à explorer grandit et donc le nombre de pixels à explorer aussi. Traiter donc un paramètre d'impact "faible" prendra beaucoup moins de temps qu'un cercle de paramètre d'impact sur le bord de l'image.
-La modification initiale du programme est plutôt simple : rajouter quelques directives (préfixées par ''#''). Cependant, il faut quand même prendre quelques précautions avec le code : le fait que chaque trajectoire soit traitée indépendamment impose de placer les déclarations de variables exploitées après les directives indiquant la portion à paralléliser.
+La modification initiale du programme est plutôt simple : rajouter quelques directives (préfixées par ''#''). Cependant, il faut quand même prendre quelques précautions avec le code : le fait que chaque trajectoire est traitée indépendamment impose de placer les déclarations de variables exploitées après les directives indiquant la portion à paralléliser.
-Dernier détail : lors de l'exécution d'un programme parallélisé avec OpenMP, le système d'exploitation "détecte" le nombre d'unités de calcul, le nombre de "coeurs" puis parallélise sur ce nombre de coeurs, c'est à dire lance un nombre de tâches simultanées à concurrence du nombre de coeurs disponibles. Il est aussi possible, via la variable d'environnement du système ''OMP_NUM_THREADS'', de "contrôler" le nombre de tâches qui seront exécutées simultanément.
+Dernier détail : lors de l'exécution d'un programme parallélisé avec OpenMP, le système d'exploitation "détecte" le nombre d'unités de calcul (le nombre de "coeurs") puis parallélise sur ce nombre de coeurs, c'est à dire lance un nombre de tâches simultanées à concurrence du nombre de coeurs disponibles. Il est aussi possible, via la variable d'environnement du système ''OMP_NUM_THREADS'', de "contrôler" le nombre de tâches qui seront exécutées simultanément.
-Il est alors intéressant, avec les commandes "système", de contrôler si tous les coeurs sont bien exploités efficacement.
+Il est donc intéressant, avec les commandes "système", de contrôler si tous les coeurs sont bien exploités efficacement.
 Pour ne pas surcharger les résultats, nous séparons les simulations BB et Mono.

developpement/activites/qualification/30ans1code.txt · Dernière modification: 2019/12/17 15:34 par equemene

Rechercher

Translations

Navigation

Piste:

Boîte à outils