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Basic Computer System

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※ 본 포스팅의 내용은 고성능 파이썬 (High Performance Python) 책을 읽고 공부한 내용을 기록한 포스트입니다.

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연산 장치

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컴퓨터의 가장 핵심적인 장치로 입력되 bit를 다른 bit로 변환하거나 프로세스 상태를 변경하는 기능을 제공한다.\n일반적인 연산 장치는 CPU지만 최근에는 인공지능 모델 학습에 잘 쓰이는 GPU가 인기를 끌고 있다. 연산 장치 성능의 핵심은 한 사이클에 처리할 수 있는 연산의 개수와 1초에\n처리할 수 있는 사이클의 횟수이다. 한 사이클에 처리할 수 있는 연산의 개수는 **IPC(Instructions Per Cycle)**로 측정하고,\n초당 사이클 횟수는 클럭 속도로 측정한다.

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이 두 개념은 CPU의 주 성능 지표이다. 어떤 CPU는 IPC 값이 높지만 클럭 속도가 느리고, 어떤 CPU는 반대인 경우도 있으며,\nGPU는 클럭 속도가 빠르고 IPC 값도 크지만 다른 문제에서 병목 현상이 발생한다.

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클럭 속도를 높이면 초당 연산량이 증가하므로 모든 프로그램의 속도가 개선되며, IPC 값이 높아지면 벡터화 수준이 증가하므로\n처리 성능이 올라간다. 벡터화는 CPU가 여러 데이터를 입력받아 한 번에 처리할 때 발생하는데, 이런 명령을 **SIMD(Single Instruction Multiple Data)**라고 한다.

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연산 장치 관련 기술

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Pipeline\n"},{"type":"element","tagName":"ul","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"\n"},{"type":"element","tagName":"li","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"이전 작업의 결과에 영향을 받지 않는 부분을 찾아내서 두 작업을 순서와 관계없이 실행하거나 동시에 실행하는 기법"}]},{"type":"text","value":"\n"},{"type":"element","tagName":"li","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"순서에 관계가 있는 경우 기다렸다가 처리하는 등의 로직이 섞여 있음"}]},{"type":"text","value":"\n"},{"type":"element","tagName":"li","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"사용 가능한 자원을 최대한 활용함으로써 처리 속도를 상승시킴"}]},{"type":"text","value":"\n"}]},{"type":"text","value":"\n"}]},{"type":"text","value":"\n"},{"type":"element","tagName":"li","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"멀티 코어 아키텍처\n"},{"type":"element","tagName":"ul","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"\n"},{"type":"element","tagName":"li","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"실행 유닛 하나에 CPU를 여러 개 사용하는 기법"}]},{"type":"text","value":"\n"},{"type":"element","tagName":"li","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"암달의 법칙(Amdahl’s Law): 멀티 코어에서 작동하도록 설계된 프로그램이더라도 하나의 코어에서 실행해야 되는 부분이 존재하므로,\n이 루틴이 코어를 더 투입하더라도 성능이 더 좋아지지 않는 병목으로 작용한다는 법칙이다."}]},{"type":"text","value":"\n"},{"type":"element","tagName":"li","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"파이썬에서는 GIL(Global Interpreter Lock) 때문에 코어를 여러 개 활용하기 쉽지 않음. GIL은 한 번에 명령 하나만 실행하도록 강제하는 파이썬 고유의 인터프리터 법칙으로\n다수의 코어를 사용하더라도 한 번에 명령 하나만 처리하기 때문에 멀티 코어를 사용하는 장점이 사라진다."}]},{"type":"text","value":"\n"},{"type":"element","tagName":"li","properties":{},"children":[{"type":"text","value":"멀티 코어를 사용하기 위해서는 파이썬 내장 라이브러리인 multiprocessing 혹은 ray, numpy or numexpr, cython 등을 사용할 수 있음"}]},{"type":"text","value":"\n"}]},{"type":"text","value":"\n"}]},{"type":"text","value":"\n"}]}],"data":{"quirksMode":false}},"excerpt":"Basic Computer System ※ 본 포스팅의 내용은 책을 읽고 공부한 내용을 기록한 포스트입니다. 컴퓨터를 구성하는 3 요소 연산 장치 (CPU) => 초당 얼마나 많이 계산 가능한지 메모리 장치 (RAM, Hard-Drive…","fields":{"readingTime":{"text":"5 min read"}},"frontmatter":{"title":"Basic Computer System - 연산 장치","userDate":"4 January 2022","date":"2022-01-04T10:00:00.000Z","tags":["cs"],"excerpt":null,"image":{"childImageSharp":{"gatsbyImageData":{"layout":"fullWidth","backgroundColor":"#085878","images":{"fallback":{"src":"/static/701ec19008a764b7dd4bccbc63d2efdc/ef255/computer_architecture.png","srcSet":"/static/701ec19008a764b7dd4bccbc63d2efdc/76a4f/computer_architecture.png 750w,\n/static/701ec19008a764b7dd4bccbc63d2efdc/a902f/computer_architecture.png 1080w,\n/static/701ec19008a764b7dd4bccbc63d2efdc/61156/computer_architecture.png 1366w,\n/static/701ec19008a764b7dd4bccbc63d2efdc/ef255/computer_architecture.png 1592w","sizes":"100vw"},"sources":[{"srcSet":"/static/701ec19008a764b7dd4bccbc63d2efdc/66907/computer_architecture.webp 750w,\n/static/701ec19008a764b7dd4bccbc63d2efdc/27610/computer_architecture.webp 1080w,\n/static/701ec19008a764b7dd4bccbc63d2efdc/90004/computer_architecture.webp 1366w,\n/static/701ec19008a764b7dd4bccbc63d2efdc/0d756/computer_architecture.webp 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