Minicurso Hardware SIC2023

Conteúdo do Curso

Dia 1

• Apresentação do Minicurso
  • O que vamos estudar?
    • Visão baixa: Interconexão, Transistores, Estruturas e Limitações de Circuitos
    • Visão alta: Componentes (GPU, MOBO, CPU, etc) e como se relacionam
  • Como vamos estudar?
    • Prática: contato com o hardware em questão
    • Teoria: estudo do hardware a partir de suas especificações e arquitetura
  • Quais as limitações?
    • Tempo
  • Quero saber mais...
    • Leia os links adicionais providos neste arquivo
• Módulo 1: Como computadores se comunicam
  • Nível alto e Baixo
  • Pacotes de Dados
  • Tipos de Comunicação:
    • Interna
      • Barramento
      • Ponto a Ponto
      • UCIe
        • AnandTech
    • Externa
      • USB
      • Ethernet
      • HDMI / VGA / Display Port / DVI
      • P2
• Módulo 2: Como computadores armazenam dados
  • Armazenamento em disco e capacitor
• Módulo 3: Como computadores processam
  • Portas lógicas
  • Ordenação dos circuitos dentro dos processadores
  • Linguagens de descrição de hardware (HDL)
• Módulo 4: Tipos de computadores e processadores
  • Classes de computadores
    • Dispositivos Móveis, Desktop, Server, Cluster, Internet das Coisas/Embarcados
  • CPU, TPU, GPGPU, ASIC, FPGA, Controlador, SoC
  • Limitações:
    • Transistors no longer getting much better because of the slowing of Moore’s Law and the end of Dinnard scaling,
    • the unchanging power budgets for microprocessors,
    • the replacement of the single power-hungry processor with several energyefficient processors, and
    • the limits to multiprocessing to achieve Amdahl’s Law
  • Mudanças:
    • Adoção de cores de função específica
  • Termos:
    • Yield - quantidade de processadores que não apresentam defeitos no processo de fabricação
  • Benchmarks

Dia 2

• Módulo 5: Placa Mãe (MOBO)
  • Partes da Placa Mãe (o que é responsável pelo que)
    • Techcore
    • Computer Hope
    • TechGujarati
    • Componentes/Informações:
      • Modelo
        • Informações que se obtem a partir dele são muito importantes (versão, arquitetura, família)
      • Socket da CPU
      • Slots de Memória
      • Sata e NVME
      • Conectores PCI e PCI Express
      • Conectores de Fans
      • Conector de Energia ATX (24 Pinos)
      • CMOS
      • I/O
      • North Bridge
      • South Bridge
      • Chipset
      • Outras portas (ATA, USB, etc)
    • Overclocking (VRMs)
    • PCI e Barramento
      • Velocidade do barramento (GT/s)
• Módulo 6: Processador (CPU)
  • Como os chips estão organizados dentro do computador
  • Packaging
    • PcMAG
    • Packaging e Tipos de Chips
    • Milennium Circuits Limited
    • SemiEngineering
    • McKinsey
  • Cache
    • Hierarquia de Caches
    • Disposição das Caches no processador
  • ALU +
  • Núcleo VS Thread
  • Manufacturers
    • AMD, Intel, Apple, Arm, HiSilicon, Hitachi, MediaTek, Nvidia, Zhaxin, Loongson, Texas Instruments, SiFive, Samsung, Qualcomm, Fujitsu, Broadcom, Baikal
  • Desafios atuais de hardware (30 min)
    • Fim da Lei de Moore
    • HDs não crescem em capacidade
    • Temperatura de componentes e consumo de energia
  • TDP (Thermal Design Power)

Dia 3

• Módulo 7: Placa de Vídeo (GPU)
  • Lógica:
    • Unidades de processamento com propósito especifico
    • GPU integrada ou dedicada
  • Estrutura:
    • AskThatBlog
    • PaperSpace
    • TechSpot
    • Utmel
    • FreeContent
    • Processadores de GPU
    • VRAM (GDDR)
    • VRM
    • Interconnect
    • I/O
    • Pino de Alimentação
      • Meltdown (12VHPWR)
      • Electronics
      • gpumag
      • pactech
      • sense pin
  • Componentes de baixo nível
    • FP32 units
    • FP64 and/or SPU (Specialized Procesing Unit)
    • INT32 units
    • Registers
    • on-chip memory:
      • L0$ (rarely in consumer class hardware),
      • L1$ used with Shared Memory per compute unit
      • L2$ per GPU
    • off-chip memory (device memory)
    • instruction scheduler
    • instruction dispatcher
    • TMUs, ROPs - fixed pipeline units
    • vksegfault
  • Desafios
    • Baixa taxa de transferência entre a CPU e a GPU (low bus bandwidth)
    • Nomenclaturas (cada empresa usa as suas)
      • Compute Units (CU/AMD e Intel) ou Streaming Multiprocessors (SMs/Nvidia)
  • Fabricantes:
    • Amd, Nvidia, Intel, Moore Threads, Qualcomm
  • Tendências:
    • Aumento na demanda de Energia
• Módulo 8: Memória (RAM)
  • RAM = "Random Access Memory"
  • Controladora
  • Chips e sua estrutura interna (CAS, RAS)
  • In-Memory Computing
  • Memória ECC (Error Correcting Code)
  • Parâmetros de performance
    • CAS
    • RAS
    • Largura de Banda
  • JEDEC
  • XMP (Overclocking predefinido da Intel)
    • PcGamer
  • Técnicas para melhoria da performance
    • Out of order execution
    • Cache
    • Prefetching
      • Faz predição à partir de padrões de requisições
      • Também é possível fazer prefetching por software, mas somente em alguns casos
• Módulo 9: Discos Rídigos e Sólidos (HDDs e SSDs)
  • Controladora de disco
  • Estrutura de Leitura
  • Os discos em Si
  • Baixos ganhos de performance
    • HAMR