Procesor multicore: pentru ce este vorba și pentru ce este

Tendința generală este să găsești un procesor multicore în interiorul unui computer personal, așa că, dacă nu știi încă despre ce vorbim, este timpul să întâlnești aceste procesoare. De fapt, au fost cu noi de aproape un deceniu, oferindu-ne din ce în ce mai multă putere și o mai mare capacitate de gestionare a informațiilor, transformând mașina noastră în adevărate centre de date cu desktopuri.

Indice de conținut

Procesoarele multi-core au revoluționat piața, mai întâi pentru consumul companiilor mari și al centrelor de date, apoi pentru utilizatorii normali, sărind astfel într-o nouă eră a echipamentelor de înaltă performanță. Chiar și Smartphone-ul nostru are procesoare multicore.

Care este funcția procesorului într-un computer

Dar înainte de a începe să vedem despre ce este vorba despre procesoarele multi-core, merită să reîncărcați un pic de memorie, definind pentru ce este cu adevărat un procesor. Poate pare o prostie în acest moment, dar nu toată lumea cunoaște această componentă esențială în epoca actuală și este timpul.

Procesorul, CPU sau unitatea de procesare centrală, constă dintr-un circuit electronic proiectat din tranzistoare, porți logice și linii cu semnale electrice capabile să execute sarcini și instrucțiuni. Aceste instrucțiuni sunt generate de un program de calculator și de interacțiunea (sau nu) a unei ființe umane sau chiar a altor programe. În acest fel suntem capabili să executăm sarcini productive bazate pe date prin computere.

Un computer și orice alt dispozitiv electronic nu ar putea fi conceput fără prezența unui procesor. Poate fi mai mult sau mai puțin complex, dar orice dispozitiv capabil să îndeplinească o sarcină specifică are nevoie de această unitate pentru a converti semnalele electrice în date și chiar în sarcini fizice, cum ar fi liniile de asamblare utile pentru oameni.

Care este miezul unui procesor

Ca orice altă componentă, un procesor este format din diferite elemente din interiorul său. Numim această combinație de arhitectură de elemente, iar cea pe care o avem în prezent în procesorul computerului nostru este x86, un set de coduri, parametri și componente electronice care, combinate, sunt capabile să calculeze aceste instrucțiuni pur și simplu făcând operații logice și aritmetice.

Structura internă a procesorului

Nucleul sau nucleul unui procesor este unitatea sau circuitul integrat care este responsabil pentru procesarea tuturor acestor informații. Compus din milioane de tranzistoare echipate cu o structură logică funcțională, este capabil să gestioneze informațiile care intră, sub formă de operanzi și operatori, pentru a genera rezultatele care permit programelor să funcționeze. Este, apoi, entitatea de bază a unui procesor.

Pentru a vă sună, nucleul unui procesor este format din aceste elemente principale:

• Unitate de control (UC): este responsabilă de direcționarea sincronă a funcționării procesorului, în acest caz miezul. Dă comenzi sub formă de semnale electrice diferitelor componente (procesor, RAM, periferice), astfel încât acestea să funcționeze sincron. Unitate aritmetică-logică (ALU): este responsabilă de efectuarea tuturor operațiunilor logice și aritmetice cu numere întregi cu datele pe care le primește Registre: registrele sunt celulele care permit stocarea instrucțiunilor care se execută și rezultatele operației efectuate..

Pentru ce sunt mai multe nuclee?

Cursa producătorilor de a avea cel mai puternic și cel mai rapid produs a existat vreodată, iar în electronică nu este diferit. La vremea sa, a fost un punct de reper pentru a crea un procesor cu o frecvență mai mare de 1 GHz. În cazul în care nu știți, GHz măsoară numărul de operații pe care un procesor este capabil să le efectueze

GHz: ce este și ce este un gigahertz în calcul

Cursa pentru a avea mai mult GHz

Primul procesor care a ajuns la 1 GHz a fost DEC Alpha în 1992, dar când vine vorba de procesor pentru calculatoare personale, nu a fost până în 1999 când Intel, cu Pentium III și AMD, cu procesoarele Athlon construite care au atins aceste cifre.. În acest moment, producătorii au avut în vedere un singur lucru, „cu cât este mai mult GHz cu atât mai bine ”, deoarece se pot efectua mai multe operații pe unitatea de timp.

După câțiva ani, producătorii au găsit o limită la numărul de GHz al procesoarelor lor, de ce? deoarece datorită cantității enorme de căldură generată în miezul său, punând la limită integritatea materialelor și a radiantelor utilizate. De asemenea, s-a declanșat consumul pentru fiecare Hz, încât frecvența a fost crescută.

Cursa pentru a avea mai multe nuclee

La această limită, producătorii au fost nevoiți să facă o schimbare de paradigmă, și astfel a apărut noul obiectiv, „cu cât mai multe nuclee cu atât mai bine ”. Să ne gândim, dacă nucleul este responsabil de efectuarea operațiunilor, atunci creșterea numărului de nuclee pe care le putem dubla, tripla,… numărul de operații care se pot face. Evident că este așa, cu două nuclee putem face două operații în același timp și cu patru putem face 4 din aceste operațiuni.

Intel Pentium Extreme Edition 840

Obiectivul stabilit de Intel de a atinge 10 GHz cu arhitectura NetBurst a fost lăsat în urmă, ceva care până acum nu a fost atins, cel puțin nu cu sistemele de răcire disponibile pentru utilizatorii normali. Deci, cea mai bună modalitate de a obține o scalabilitate bună în putere și capacitate de procesare a fost aceasta, având procesoare cu un anumit număr de nuclee și, de asemenea, la o anumită frecvență.

Procesoarele cu două nuclee au început să fie implementate, fie fabricând două procesoare individuale, fie mult mai bine, integrând două DIE (circuite) pe un singur cip. Economisind astfel mult spațiu pe plăci de bază, deși necesită o complexitate mai mare pentru implementarea structurii sale de comunicare cu celelalte componente, cum ar fi memoria cache, autobuzele etc.

Primele procesoare cu mai multe nuclee

În acest moment este destul de interesant de știut care au fost primele procesoare multicore care au apărut pe piață. Și după cum vă puteți imagina, începuturile au fost ca întotdeauna, pentru utilizare corporativă pe servere și, de asemenea, ca întotdeauna IBM. Primul procesor multicore a fost IBM POWER4 cu două nuclee pe un singur DIE și o frecvență de bază de 1, 1 GHz, fabricat în 2001.

Dar abia în 2005 au apărut pe calculatoarele desktop primele procesoare dual core pentru consumul în masă de către utilizatori. Intel a furat portofelul de la AMD cu câteva săptămâni înainte cu Intel Pentium Extreme Edition 840 cu HiperThreading, publicând ulterior AMD Athlon X2.

După aceasta, producătorii au luat o fugă și au început să introducă nuclee fără discriminare, cu miniaturizarea în consecință a tranzistoarelor. În prezent, procesul de fabricație se bazează pe tranzistoare de numai 7 nm implementate de AMD în a treia generație Ryzen, și 12 nm implementate de Intel. Cu aceasta am reușit să introducem un număr mai mare de nuclee și circuite în același cip, creșterea puterii de procesare și reducerea consumului. De fapt, avem pe piață procesoare cu până la 32 de nuclee, care sunt Threadrippers AMD.

Ce avem nevoie pentru a profita de nucleele unui procesor

Logica pare foarte simplă, inserează nuclee și crește numărul de procese simultane. Dar la început, aceasta a fost o adevărată durere de cap pentru producătorii de hardware și mai ales pentru creatorii de software.

Și este că programele au fost concepute (compilate) doar pentru a funcționa cu un kernel. Nu numai că avem nevoie de un procesor care să fie capabil fizic să efectueze mai multe operații simultane, dar avem nevoie și de faptul că programul care generează aceste instrucțiuni îl poate face comunicând cu fiecare dintre nucleele disponibile. Chiar și sistemele de operare au trebuit să-și schimbe arhitectura pentru a putea utiliza în mod eficient mai multe nuclee simultan.

În acest fel, programatorii au început să funcționeze și au început să compileze noile programe cu suport multicore, astfel încât, în prezent, un program este capabil să utilizeze eficient toate nucleele disponibile pe computer. Înmulțind astfel firele de execuție la suma necesară. Pentru că dacă, pe lângă nuclee, a apărut și conceptul de fir de execuție.

Într-un procesor multicore este esențial să paralelizăm procesele pe care le execută un program, ceea ce implică faptul că fiecare nucleu reușește să execute o sarcină în paralel cu alta, și consecutiv, una după alta. Această metodă de a crea diferite sarcini simultan dintr-un program se numește fire de proces, fire de lucru, thread sau pur și simplu Threads în engleză. Atât sistemul de operare, cât și programele trebuie să poată crea fire de proces paralele pentru a profita de întreaga putere a procesorului. Acest lucru este ridicat, deoarece proiectarea CAD, editare video sau programe se descurcă foarte bine, în timp ce jocurile au un drum de mers.

Care sunt firele unui procesor? Diferențe cu nucleele

HyperThreading și SMT

Ca urmare a celor de mai sus, apar tehnologiile producătorilor de procesoare. Cel mai cunoscut dintre aceștia este HyperThreading pe care Intel a început să-l folosească în procesoarele sale, iar ulterior AMD ar face-o la fel cu tehnologia CMT mai întâi, apoi cu o evoluție către SMT (Simultane Multi-Threading).

Această tehnologie constă în existența a două nuclee într-unul, dar nu vor fi nuclee reale, ci logice, ceva care în programare se numește procesare fire sau fire. Am mai vorbit deja despre asta. Ideea este să împărțiți, încă o dată, volumul de muncă între nuclee, segmentând fiecare dintre sarcinile care trebuie executate în fire, astfel încât acestea să fie executate atunci când un nucleu este liber.

Există procesoare care au doar două nuclee, de exemplu, dar care au 4 fire datorită acestor tehnologii. Intel îl folosește în principal în procesoarele Intel Core de înaltă performanță și procesoarele de laptop, în timp ce AMD l-a implementat pe întreaga gamă de procesoare Ryzen.

Ce este HyperThreading?

Cum să știu câte nuclee are procesorul meu

Știm deja care sunt nucleele și care sunt firele și importanța lor pentru un procesor multicore. Așadar, ultimul lucru care ne-a rămas este să știm să știu câte nuclee are procesorul nostru.

Ar trebui să știți că Windows uneori nu diferențiază între nuclee și fire, deoarece acestea vor apărea cu numele de nuclee sau procesoare, de exemplu în instrumentul „msiconfig”. Dacă deschidem Task Manager și mergem la secțiunea de performanță, putem vedea o listă în care apare numărul de nuclee și procesoare logice ale procesorului. Dar grafica care ni se va arăta va fi direct cea a nucleelor ​​logice, la fel ca cele care apar în Monitorul de performanță dacă îl deschidem.

Cum să știu câte nuclee are procesorul meu

Concluzii și legături interesante

Ajungem la final și sperăm că am explicat cu adevărat care este un procesor multicore și cele mai importante concepte legate de subiect. În prezent există monștri adevărați cu până la 32 de nuclee și 64 de fire. Dar pentru ca un procesor să fie eficient, nu numai numărul de nuclee și frecvența lor este important, ci și modul în care este construit, eficiența autobuzelor sale de date, comunicarea și modul de lucru al nucleelor ​​sale, iar aici Intel urmează un cu un pas înainte de AMD. Vom vedea în curând noul Ryzen 3000 care promite să întrece cele mai puternice procesoare desktop Intel, așa că rămâneți la curent cu recenziile noastre.

Dacă aveți întrebări sau puncte despre subiect sau doriți să clarificați ceva, vă invităm să faceți acest lucru folosind caseta de comentarii de mai jos.