Impacto da hierarquia de memória no desempenho e consumo energético de aplicações paralelas em sistemas embarcados e de propósitos gerais

Abstract

A necessidade por desempenho afeta tanto processadores de propósitos gerais quanto de sistemas embarcados, uma vez que as aplicações de ambos tendem a se tornar cada vez mais complexas. Por outro lado, o consumo energético de tais processadores também deve ser levado em conta, principalmente para os sistemas embarcados que, muitas vezes, dependem de bateria para operar. Os processadores multicore surgiram neste contexto e da necessidade da exploração do paralelismo em outras granularidades, trazendo consigo uma hierarquia de memória projetada para suprir as necessidades das aplicações paralelas. Cada aplicação pode ser atribuída a um grupo de aplicações conforme seu nível de compartilhamento de dados. Cada grupo fornece diferentes implicações tanto no desempenho quanto no consumo energético das aplicações. Assim, este trabalho mostra que, para aplicações com uso intensivo do processador e baixo compartilhamento de dados, não há grande impacto em relação à organização da hierarquia de memória utilizada pelo processador. Por outro lado, aplicações com alto compartilhamento de dados dependem diretamente da hierarquia de memória – por consequência, a microarquitetura do processor perde bastante importância. A diferença entre compartilhar dados através da memória principal ou através de uma memória cache compartilhada pode causar uma diferença de 23% no desempenho de uma aplicação e 30% em seu consumo energético. Ademais, os resultados mostram que o processador Intel Atom N2600 (representando os processadores embarcados) obteve melhor speedup, consumo de energia e EDP com o aumento no número de threads em aplicações com alto compartilhamento de dados quando comparado com o processador Intel Core i7 860 (representando os processadores de propósitos gerais). Dessa forma, este trabalho mostra que, para este tipo de aplicações com um grande número de threads, a hierarquia de memória é mais importante que o processador.

The need for performance affects both general purpose processors and embedded systems, since both applications tend to become increasingly complex. Moreover, the energy consumption of such processors must also be taken into account, especially for embedded systems that often rely on battery to operate. Multicore processors have emerged in this context and the need for parallelism exploitation in other granularities, bringing with it a memory hierarchy designed to meet the needs of parallel applications. Each application can be assigned to a group of applications as its data sharing level. Each group provides different implications both in performance and energy consumption of applications. This work shows that for applications with intensive processor use and low sharing data, there is little impact on the organization of the memory hierarchy used by the processor. On the other hand, high data sharing applications depend directly on the memory hierarchy. The difference between share data through the main memory or through a shared cache memory can cause a difference of 23% in the performance of an application and 30% in their energy consumption. Furthermore, the results show that the Intel Atom N2600 processor (representing embedded processors) got better speedup, energy consumption and EDP with the increase in the number of threads of high data sharing applications when compared to the Intel Core i7 860 processor (representing general-purpose processors). Thus, this work shows that, for this kind of applications with a large number of threads, the memory hierarchy is more important than the processors.