Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- etc:users:zps:secr2009 [2009/08/05 18:41] – zps
+++ etc:users:zps:secr2009 [2016/08/09 05:23] (current) – ↷ Links adapted because of a move operation 89.163.148.22
@@ Line 8: / Line 8: @@
 <note important> в стадии разработки </note>
-** Введение ** \\
+Современного человека все больше и больше окружают мобильные устройства: телефоны, персональные компьютеры, ноутбуки, навигаторы, всевозможные встраиваемые системы. В первую очередь каждый тип устройств был предназначен для решения какого-то узкого набора задач. Однако, с ростом вычислительных мощностей этих устройств, количество реализованых в них функций растет. Благодаря этому росту появились такие классы устройств как смартфоны или нетбуки. Все эти устройства ограничены в своем энергопотреблении, поэтому для всех этих устройств разрабатываются специальные процессоры с низким энергопотреблением, обеспечивающие большее время работы устройства. Наиболее распротраненными с среде мобильных устройств стали процессоры с архитектурой ARM. В первую очередь это обсуловлено тем, что ARM-процесооры являются RISC процессорами, а следовательно более простыми и менее энергоемкими. Не смотря на то, что RISC архитектура более энергоэкономична, Intel продал своё подразделение по производству ARM процессоров XScale и полностью сосредоточился на развитии CISC архитектуры х86, в результате чего появились процессоры Intel Atom, не уступающие ARM процессорам в экономии энергии, при этом имеющие такую же архитектуру, как и подовляющие большинство настольных процессоров в мире.
-Современного человека все больше и больше окружают мобильные устройства: телефоны, персональные компьютеры, ноутбуки, навигаторы, всевозможные встраиваемые системы. Очевидно, что такая популярность мобильных устройств в первую очередь вызвана возможностью получить какую-нибудь возможность или услугу в практически любом месте, в необходимый момент времени. При этом стоит особенно выделить, тот факт, что в большинстве случаев мобильные устройства активно используются короткое время, а в остальное находятся в режиме ожидания или бездействия. \\
+Мобильность устройства -- это то самое важное, что требуется сегоднящнему человеку.
-Большая доступность различных мобильных устройств, с одновременной популяризацией социальных сетей в частности и сетевых сервисов в целом, делает мобильные устройства популярными среди конечных покупателей. Пользователи начинают переносить все свои файлы, фотографии, видеофильмы с локальных машин в сеть, увеличивая потребность в получении этих данных, в произвольное время. \\
+Рассмотрим три наиболее показательных сценария применения мобильных устройств:
-** История возникновения многоядерности ** \\
+  * Пользователь использует свой мобильный телефон как mp3 плейер через беспроводную стерео гарнитуру, при этом, одновременно с этим он играет в любимую видео игру на этом самом же телефоне. Очевидно, что он ожидает, что музыка и звуки из игры будут выводиться одновременно без каких либо искажений и задержек.
-Мобильные устройства повторяют этапы развития настольных компьютеров, которые в свою очередь — историю серверных решений. Согласно закону Мура, выведенному 40 лет назад, число транзисторов в процессоре должно удваиваться каждые два года.  Все эти годы данный закон полностью соблюдался. В тоже время производители компьютеров, чтобы получить более производительный системы, начали объединять внутри одной системы несколько физических процессоров, получая более мощные вычислительные системы. Со временем, производители процессоров начали выпуск процессоров с многоядерной архитектурой. \\
+  * Другой пользователь смотрит видео фильм с flash-карты, установленной в телефон. В это время ему звонит друг. В таком случае, сначала ожидается, что пользователь увидит кто ему звонит, и если подтвердит прием звонка, то воиспроизведение фильма должно быть остановлено, и автоматически продолжено после окончания разговора.
-С одной стороны данные процессоры имеют большую производительность, но в тоже время, увеличение числа вычислительных ядер приводит к увеличенному энергопотреблению. С другой стороны, большинство мобильных устройств зачастую используются в режиме ожидания. Многие процессоры с целью сохранения энергии  поддерживают различные режимы работы.
+  * Третий пользователь, находясь в междугороднем поезде и общаясь через видео-звонок, не может пропустить сообщение от соответствующего Интернет сервиса о штормовом предупреждении в городе куда он едет. Он ожидает текстовое сообщение на экране в момент получения этого сообщения без прерывания его видео-звонка.
+Из вариантов использования вытекают следующие ключевые требования:
+  - способность к быстрому реагированию на действия пользователя, не смотря на выполняемую задачу,
+  - продолжительное время работы.
+Выполнение этих требований для пользователя, потребует многопоточную систему. В случае использования одноядерного процессора, даже с поддержкой мультимедиа расширений, возможно он не сможет предоставить необходимый уровень загрузки и обработки данных в реальном времени, потому что вместо параллельной обработки данных, он будет использовать исключительно последовательную обработку с переключением задач. Чтобы удовлетворить требования имитации многозадочности, событий пользовательского интерфейса, одноядерный процессор должен постоянно переключаться между задачами. Данное переключение между задачами неизбежно приведет к потере медиа данных и для пользователя может быть выражено дребежащим звуком, артефактами на экране при просмотре видео или видео-звонке.
+На рисунке представлена схема работы одноядерного для мобильного устройства, например, телефона.
+\\ {{etc:users:zps:1cpu_parallel_and_multicore.png?350|}} \\
+Из риснука виндно, что с одной стороны процессору довольно часто приходится преключаться между задачами различных типов, которые в свою очередь можно делать параллельно. Так, компания Texas Instruments предложила линейку процессоров OMAP(Open Multimedia Application Platform). Данный процессор на самом деле представляет из себя несколько процессоров, каждый из которых отвечает за определенную функциональность, распараллеливая таким образом независящие задачи (см. рисунок).
+\\ {{etc:users:zps:2cpu_parallel_and_multicore.png?350|}} \\
+Такое разделение можно назвать "гетерогенной" многоядерной архитектурой, так как на самом деле процессор состоит из нескольких различных ядер, отвечающих за конкретную функциональность. Внедрение таких компонентов, отвечающих за конкретные функции, например, обработку медиа-информации, позволяют реализовать практически все основные требования. Однако, под большим вопросом остается вопрос энергопотребления данного процессора. Безусловно, введение дополнительного числа процессоров увеличивает суммарное энергопотребление, но только в том случае если они все одновременно работают. Введение возможности отключать или переводить бездействующие элементы в режим энергосбережения, когда они не нужны, позволит уменьшить потребление энергии по сравнению с вариантом, когда установлен единственный процессор, обрабатывающий все данные.
+Одновременно с "гетерогенной" архитектурой существует и "гомогенная" архитектура, в которой добавлется несколько идентичных процессорных ядер. В таком случае в любой момент времени любое ядро может решать любую задачу, например, заниматься кодированием/декодированием аудио сигнала, в то время как другое ядро процессора, например, будет обеспечивать взаимодействие с пользователем.
+Тем не менее, как показала история, лучшее решение -- золотая середина. Так, следующее поколение ARM процессоров уже будет многоядерным.((http://www.physorg.com/news164386074.html)) Они будут содержать до 4х ядер на одном кристале. Логично предположить, что они будут соединены с сигнальными процессорами и через пару лет многоядерность придет в смартфоны, нетбуки и остальные мобильные устройства.
+Тем не менее, борьба за время работы устройства приводит к тому, что большинство процессоров поддерживают несколько режимов энергосбережения. При этом очевидно, что потребляемая мощность прямо-пропорциональна тактовой частоте процессора, т.е. чем больше частота работы процессора, тем больше энергии он потребляет и тем меньше время жизни устройства, в котором он установлен. Но данная формула работает только в случае если не обращать внимание на наличие режимов энергосбережния. Так в [[http://www.thg.ru/howto/core_2_duo_e7200_atom_230/index.html]] показано, что в режиме энергосбережения настольный процессор практически не уступает мобильному, имея при этом большую производительность. Но зачем мобильному устройству многоядерный вычислительный процессор? Большинство из пользователей мобильных устройств практически всегда пользуются настольными компьютерами и хотят перенести часть приложений с настольного компьютера на мобильный. Большинство современных приложений являются многопоточными и потенциально могут работать быстрее на нескольких вычислительных ядрах процессора. При этом, время работы процессора в пиковом режиме существенно меньше, что уменьшает энергопотребление.
+Появление многоядерных процессоров в мобильных системах -- дело ближайшего будущего. Помимо улучшения технологии производства мобильных процессоров и увелечения вычислительных ядер в них, в области самих мобильных устройств активно развиваются сетевые технологии. Сети 4го поколения начинают внедрятся, появляются устройства, умеющие работать в подобных сетях. Основная идея будещего -- сеть окружает нас, все устройства находятся в единой сети. Данное предположение открывает множество дополнительных возможностей, особенно в области многоядерных систем, которые могут объединятся в вычислительные сети и предоставлять в определенные моменты времени свои ресурсы другим участникам сети.
+Представим ситуацию, что в одной беспроводной сети объедено много устройств: как мобильных так и обычных стационарных. Мобильные устройсва соответственно ограничены своими элементами питания. Внедрение в мобильные устройства алгоритмов точного предсказания времени жизни этого устройства, позволит планировать его нагрузка, не только с учетом своей персональной батареи, но и с учетом инфраструктуры вокруг. Представим, что пользователь смотрит видео фильм. Распаковка видео потока данных требует больших вычислительных ресурсов, причем много больших нежели взаимодействие с окружающей средой и передача сигналов. В такой ситуации, устройство может делегировать вычислительные процесса менее загруженному и в тоже время, например, стационарному устройству, у которого нет батареи и ему нет необходимости экономить энергию. В таком случае мы получаем своего рода социальную сеть из устройств, загрузка которых регулируется в зависимости от окружающей их устройств и среды в целом.
+===== some stuff/ideas/questions  ==
+  * Multicore vs Cloud computing
+  * Ambiguous computing in cloud spaces
+  * Multicore and power efficiency
+  *  {{etc:users:zps:10.1.1_3.pdf|Multicore for mobile phones}}
+  *  {{etc:users:zps:27-687.pdf|Power Efficiency Study of Multi-threading Applications for Multi-core Mobile Systems }}
+== some links ==
+  * http://www.ddj.com/architect/217500655
+  * http://www.physorg.com/news164386074.html
@@ Line 20: / Line 52: @@
   - http://www.thg.ru/howto/core_2_duo_e7200_atom_230/index.html
   - http://www.3dnews.ru/news/nokia_lider_zelenogo_reitinga_grinpis/
+  - http://focus.ti.com/pdfs/wtbu/TI_omap2420.pdf
+  - http://software.intel.com/ru-ru/blogs/2009/08/13/iii/
+  - http://software.intel.com/ru-ru/blogs/2009/08/20/2001968/ (Неплохая идея про мощные вычисления, можно ее развить на мобильные девайсы, и объяснить почему многоядерность -- хорошо.)