Amdahl定律对多核时代的影响

Amdahl定律 

Amdahl定律指出:加快某部件执行速度所获得的系统性能加速比受限于该部件在系统中的重要性。 

Amdahl定律既可用来确定系统中对性能限制最大的部件,也可以用来计算由于改进某些部件而获得的系统性能的提高。假设对机器进行某种改进,那么机器系统的加速比就是:

系统加速比= 改进后系统性能/改进前系统性能= 改进前总执行时间 /改进后总执行时间 

系统加速比与两个因素有关:一个是计算机执行某个任务的总时间中可被改进部分的执行时间所占的百分比,记为f;另一个是可被改进部分采用改进措施后比没有采用改进措施前性能提高的倍数,记为n。可以得出如下结论:

 (1)改进后整个任务的执行时间Tn为:Tn=T0[(1-f)+f/n ] 其中,T0为改进前整个任务的执行时间。 (2)改进后整个系统的加速比为: Sp=T0Tn= 1/[(1-f)+f/n ]其中,(1-f)表示不可改进部分。当f=0时,Sp为 1,即没有可改进部分。当ny]时,则Sp=1 /1-f 。

Amdahl定律的影响 

处理器性能的提高可从增加处理器的核心个数和提高处理器的时钟频率等多方面入手。下面利用Amdahl定律做一个定量分析(在进行分析的过程中,暂不考虑由于多核心所引起的包括通信开销在内的相关并行开销)。

 (1)增加处理器的核心个数 在这种情况下,改进后系统的加速比为:sp1= 1 /[(1-f)+f/n ]其中,f为系统中可并行执行部分的执行时间在整个系统执行时间中所占百分比;(1-f)则为串行部分的执行时间在整个系统执行时间中所占的百分比;n为处理器的核心增加的倍数

。 (2)提高处理器单一核心的频率 在此种情况下并不是提高处理器中所有核心的频率,而只是提高其中一个核心的频率,其余核心的频率保持不变。并且将系统中的串行执行部分固定在此核心上执行。则改进后系统的加速比应为: sp2= 1 /[f+(1-f)/n] 其中,f、(1-f)的含义同上一种情况;n则为被提高频率的核心的频率的提高倍数