پردازنده دو هسته ای به چه معناست؟ پردازنده های چند هسته ای

حتی پنج یا شش سال پیش ، افراد کمی از معرفی پردازنده های چند هسته ای اطلاع داشتند ، اگرچه این دستگاه ها قبلاً در سیستم های سرور استفاده می شدند. تجهیز به این عناصر کامپیوترهای شخصی در سال 2005 آغاز شد.

بنابراین پردازنده های چند هسته ای از نظر بهبود عملکرد کامپیوتر چه چیزی می دهند؟

اصل افزایش قدرت دستگاه به دلیل کار چندین هسته ، تفکیک راه حل مشکلات است. به طور کلی ، می توان گفت هر فرآیندی که روی سیستم اجرا می شود دارای چندین رشته است. با امکان عملکرد همزمان چندین برنامه (پردازش) ، ما در مورد چند وظیفه ای صحبت می کنیم که توسط سیستم عامل ویندوز پشتیبانی می شود.

پردازنده های چند هسته ای اجازه می دهد تا سرعت برنامه ها افزایش یابد ، اگرچه اصل چند وظیفه ای نیز بر روی یک دستگاه تک هسته ای اجرا می شود. بنابراین ، یک هسته اطلاعات متنی را پردازش می کند ، دیگری - گوش دادن به موسیقی ، در حالی که این برنامه ها به طور همزمان کار می کنند.

اگر مثلاً بگیریم برنامه آنتی ویروسسپس یک نخ حافظه را اسکن می کند و دیسکهای سخت، و دیگری به روز رسانی پایگاه داده های ضد ویروس است. مثال بسیار ساده است ، اما به شما امکان می دهد مفهوم کلی پردازنده های چند هسته ای را درک کنید.

در رایانه ای با یک دستگاه متعارف برای عملکرد همزمان برنامه ها ، امکان مجازی اجرای آنها ایجاد می شود. این جایی است که سیستم عامل وارد سیستم می شود ، به طور متناوب کار رشته ها را تغییر می دهد ، همه چیز در یک ثانیه ثانیه اتفاق می افتد و برای کاربر قابل مشاهده نیست. به نظر می رسد که ویندوز برنامه آنتی ویروس را کمی به روز کرد ، سپس اسکن را شروع کرد ، پس از آن دوباره به روز شد. کاربر این تصور را پیدا می کند که همه چیز همزمان اتفاق می افتد.

در مواردی که پردازنده چند هسته ای در حال کار است ، چنین سوئیچی انجام نمی شود. سیستم عامل به وضوح رشته ها را به هسته های خاص می فرستد. در نتیجه ، خلاص شدن از تخریب عملکرد ، مانند مورد جابجایی بین وظایف ، امکان پذیر می شود.

برنامه ها به طور همزمان اجرا می شوند ؛ در نتیجه ، به روز رسانی و اسکن پایگاه داده بسیار سریعتر انجام می شود. با این حال ، هر برنامه پشتیبانی نمی کند این فناوری و می تواند از این طریق بهینه شود. توسعه دهندگان در حال ایجاد برنامه های بیشتر و بیشتری هستند که می توانند پردازنده های چند هسته ای را مدیریت کنند.

امروزه بازار اینگونه دستگاه ها بین AMD و Intel تقسیم شده است که از تولید کنندگان پیشرو هستند. رایانه ثابت مدرن ، سیستم های سرور ، و همچنین لپ تاپ ها و تلفن های هوشمند از چند هسته ای استفاده می کنند پردازنده های اینتل یا AMD

حتی دستگاه های ارزان قیمت نیز حداقل دارای دو هسته هستند ، هرچند پردازنده هایی با عناصر 4 ، 6 ، 8 و بیشتر تولید می شوند. با این حال ، عملکرد کامل دستگاه ها فقط زمانی می توانند بدست آیند که کل سیستم متعادل باشد ، پارامترهای آن باید با RAM ، دیسک سخت ، کارت گرافیک و سایر اجزای رایانه مطابقت داشته باشد.

در سالهای اخیر ، تولیدکنندگان پردازنده در تلاش برای دستیابی به حداکثر سرعت کلاک نبوده اند - در عوض ، آنها با افزایش تعداد هسته ها قدرت CPU را افزایش می دهند.
به ما بگویید آیا کاربران از خرید تراشه های چند هسته ای جدید سود می برند یا خیر.

اولین تراشه چند هسته ای در سال 2001 منتشر شد. پردازنده Power4 از IBM دارای دو هسته 64 بیتی مبتنی بر ریز معماری PowerPC است ، اما به طور انحصاری برای حل وظایف با نمای باریک مورد استفاده قرار گرفت. کاربران رایانه های شخصی مجبور بودند چهار سال دیگر منتظر ظهور پردازنده مرکزی دو هسته ای بمانند. سرانجام ، در ماه مه 2005 ، درست بعد از ریزپردازنده 64 هسته ای دو هسته ای
Opteron برای سیستم های سرور از AMD ، دو هسته ای منتشر شده است اینتل پنتیوم D برای رایانه های شخصی خانگی. در نوامبر 2007 ، هیجان در صنعت کامپیوتر توسط AMD ایجاد شد ، که توانست چهار هسته را در یک قالب قرار دهد ، در نتیجه پردازنده AMD Phenom X4 با ریز معماری K10 ایجاد شد. با این حال ، به دلیل نقص در توسعه یک خلقت جدید ، انقلابی تمام عیار مثر نبود و در آن زمان بازیگر اصلی بازار شد اینتل، که اولین "چهار هسته ای" Intel Core 2 Quad را راه اندازی کرد.

در سال 2009 تغییرات چشمگیری در خط تولید دو رقیب دیرینه ایجاد شد. پردازنده های جدید اینتل جایگزین خانواده قدیمی Core 2 Duo اینتل شده اند سریال هسته ای i3 ، i5 و i7. آنها ریز معماری Sandy Bridge را به دست آورده اند و با استفاده از یک فناوری فرآیند 32 نانومتری تولید می شوند. همچنین در 14 اکتبر 2011 شاهد جدیدترین پردازنده شش هسته ای Intel Core i7-3960X مبتنی بر معماری هستیم پل شنیسریعترین پردازنده مرکزی اینتل برای کاربران خانگی امروز. در این میان ، AMD به طور قابل توجهی چهار هسته ای Phenom X4 خود را بهبود بخشیده است ، میزان حافظه نهان را افزایش داده و بر 45 نانومتر تسلط دارد فرآیند فناوری، و در آوریل 2010 AMD "شش هسته ای" AMD Phenom II X6 را با نام رمز Thuban اعلام کرد ، که به اینتل اجازه می دهد خیلی جلوتر نرود. علاوه بر این ، اخیراً یک سخنرانی ارائه شده است پردازنده های AMD بر اساس آخرین ریز معماری بولدوزر. یکی از مهمترین نوآوری ها ، اصل مدولار آرایش هسته ها در سیستم x86 است - دو واحد در هر ماژول. با تشکر از این ویژگی ، شرکت می تواند به راحتی یک محدوده مدل را ایجاد کند ، راه حل هایی را با تعداد مختلفی از واحدهای محاسباتی و فرکانس های ساعت ارائه دهد. AMD با توجه به آخرین ساخته های خود ، قرار است پردازنده های اینتل را به کار گیرد.
ما عملکرد پردازنده های سطح بالای چهار ، شش و هشت هسته ای اینتل و AMD را آزمایش و مقایسه کردیم و تصمیم گرفتیم بفهمیم آیا ارزش پرداخت بیش از حد هسته های اضافی امروز را دارد یا خیر.

محاسبه موازی

حتی هنگام ظهور اولین پردازنده ها ، تولیدکنندگان سعی کردند قدرت خود را به حداکثر برسانند. در سال 1995 ، دانشگاه واشنگتن ایده حمایت از "چند رشته همزمان" را ارائه داد که توسط اینتل به صورت فناوری Hyper-Threading... در عمل به نظر می رسید که یک CPU فیزیکی به دو پردازنده مجازی تقسیم شده و عملکرد پردازنده به طور قابل توجهی بهینه می شود. اولین ریزتراشه ای که از این فناوری پشتیبانی می کند Intel Pentium 4 است که در 14 نوامبر 2002 منتشر شد. به گفته نمایندگان شرکت ، معرفی فناوری Hyper-Threading همراه با افزایش لازم در سطح قالب توسط 5٪ باعث افزایش عملکرد تراشه توسط 15-30٪ می شود. درست است ، این ارقام مستقیماً به برنامه هایی که برای محاسبات استفاده می شود بستگی دارد. اگر ما در مورد ایجاد یک فناوری مشابه از طرف AMD صحبت کنیم ، در اینجا اینتل بسیار جلوتر از رقبای خود است.

مزایای چند هسته ای.

بنابراین ، ایجاد پردازنده های چند هسته ای را می توان یک توسعه منطقی از فناوری HyperThreading دانست. تولیدکنندگان سعی می کنند کار پردازنده را به چندین موضوع تقسیم کنند که هسته های پردازنده قادر به پردازش موازی خواهد بود. با این حال ، برای این منظور ، چند هسته ای نه تنها توسط سیستم عامل ، بلکه همچنین توسط برنامه های خاص باید کاملاً پشتیبانی شود. اکنون علی رغم تسلط "چند هسته" در بازار ، تعداد برنامه های بهینه شده برای آنها حداقل است. معمولاً در اینجا ما در مورد برنامه های چندرسانه ای یا کاملاً تخصصی صحبت می کنیم ، برنامه هایی که در بیشتر موارد ، "دوست" پردازنده های جدید هستند و از تمام قدرت هسته هایشان استفاده می کنند. با استفاده از محصولات بازی ، وضعیت به شرح زیر است: بسیاری از بازی ها برای کار با دو و چهار هسته در حال حاضر بهینه شده اند و با گذشت زمان ، از منابع چند هسته ای پردازنده های مدرن نیز استفاده می شود. در این میان ، پردازنده های دارای چهار هسته عملی ترین و مرتبط ترین در دنیای رایانه به نظر می رسند و تراشه های شش و هشت هسته ای شاید تنها در صورتی ارزش خرید را دارند که بخواهید برنامه هایی با پشتیبانی چند رشته ای روی سیستم خود اجرا کنید.

مشخصات پردازنده چند هسته ای

پردازنده های شش و هشت هسته ای معایب بسیار بیشتری دارند. یکی از مهمترین آنها مصرف چشمگیر انرژی است که به معنای اتلاف شدید گرما و دمای بالای تراشه هنگام کار تحت بار است. تولیدکنندگان با تسلط بر فرآیندهای "ظریف" بیشتر و توسعه طرح های قدرت پیشرفته ، با این مسئله دست و پنجه نرم می کنند. همچنین ، کسری قبلا ذکر شده مربوطه نرم افزار: بیشتر پتانسیل ریز تراشه به سادگی محقق نشده است. علاوه بر این ، هزینه اصلی پردازنده های چند هسته ای هنوز قیمت را تعیین می کند ، که برای یک کاربر متوسط \u200b\u200bجذاب نیست ، که تقاضا را نیز محدود می کند.

نتایج آزمون: اینتل - سریعتر ، AMD - سودآورتر است

برای آزمایش ، ما بهترین پردازنده های چند هسته ای را از Intel و AMD در دسته های مختلف انتخاب کرده ایم. به نظر می رسید جالبترین مورد برای ما تقابل "غولهایی" باشد که تازه از خط مونتاژ خارج شده اند - اولین تراشه هشت هسته ای AMD FX-8150 جهان مبتنی بر ریز معماری بولدوزر و یک پردازنده شش هسته ای Intel Core i7-3960X. متأسفانه هیچ مشکلی پیش نیامد: تراشه اینتل مبتنی بر ریز معماری Sandy Bridge-E به طور قابل توجهی عملکرد "بولدوزر" به ظاهر ترسناک AMD را از بین برد. علاوه بر این، پردازنده جدید از AMD در همه جبهه ها با شکست سنگین روبرو شد و در دو آزمایش حتی به دور از AMD جدید Phenom II X4 980 BE با چهار هسته شکست خورد.
پردازنده چهار هسته ای دیگر ، Intel Core i7 2600K ، یک سورپرایز خوب بود. که در ابتدای سال گذشته منتشر شد ، از عملکرد "برادر" بزرگتر خود تنها کمی عقب است - و این در حالی است که هزینه دومی سه برابر بیشتر است. یکی دیگر از افسانه های گران قیمت پردازنده شش هسته ای Intel Core i7-990X نسخه افراطی در تست عملکرد خوبی داشت ، اما در نهایت به چیپ چهار هسته ای ارزان تر Intel Core i7-2600K از دست داد. م effectiveثرترین و عجیب ترین هسته چند هسته ای در شش هسته ای AMD Phenom II X6 HOOT Black Edition اجرا شد که با قیمت بسیار مقرون به صرفه در آزمون گره گره ، توانست 39 ثانیه (29٪) در برابر رقبای قسم خورده Intel Core i73960X و Intel Core i7 پیروز شود - 2600K دومی اما در دور آخر کمی بازی کرد و در بازی Unreal Tournament III که پشتیبانی از پردازنده های چند هسته ای را ارائه می دهد کمی بیشتر FPS به دست آورد.
بنابراین ، اگر ما در مورد قدرت مطلق پردازنده مرکزی صحبت کنیم ، صرف نظر از هزینه آن ، در اینجا تراشه های مدرن اینتل برابر نیست. اما اگر بخواهیم از نظر تئوری کارایی یک خاص را محاسبه کنیم؟ از هر پنی که برای پردازنده هزینه می شود ، به طور کلی مدل های AMD و به طور خاص شش هسته ای AMD Phenom II X6 1100T Black Edition بهره مند می شوند.

روندهای توسعه: آینده چه وعده ای به ما می دهد؟

ریزپردازنده کامپیوتر طی چند سال چگونه خواهد بود؟ بیایید سعی کنیم آینده را براساس پیشرفت های شناخته شده امروز و برنامه های سازندگان بررسی کنیم. اینتل همچنان به استراتژی Tick-Tock خود پایبند است و از یک انتقال آرام به ریز معماری جدید و گردش کار استفاده می کند. Sandy Bridge-E به عنوان بخشی از مرحله Tak ارائه شد و اکنون مرحله بعدی Tic امسال تغییر تولید به یک فرآیند فناوری 22 نانومتری با استفاده از ترانزیستورهای سه بعدی منحصر به فرد Intel 3D Tri-Gate و انتشار پردازنده های هشت هسته ای جدید مبتنی بر ریز معماری است. پیچ پیچ. با این حال ، در همان زمان کار در حال انجام مراحل بعدی CPU: مدیر عامل اینتل ، پل اوتلینی اخیراً اعلام کرد که این شرکت قبلاً معماری Haswell را تکمیل کرده است که باید جانشین Ivy Bridge در سال 2013 باشد.
AMD در بازار واحدهای پردازش مرکزی به نظر می رسد تحولات به سختی در حال پیشرفت هستند. نسخه قبلی اعلام شده CPU Komodo به طور غیر منتظره ای لغو شد - برای جایگزینی با یک خانواده جدید از تراشه های چند هسته ای (حداکثر هشت مورد) AMD Vishera بر اساس معماری Piledriver (تکامل منطقی سیستم بولدوزر) و سیستم عامل جدید Volan.
به گفته تحلیلگران ، مدل فعلی پردازنده در سالهای آینده تغییری نخواهد کرد. سیلیکون ، که مدتها پیش بینی می شد "بازنشسته شود" ، همچنان ساخت اصلی خواهد بود
واحد. با این حال ، عناصر جالب جدید به پشت او نفس می کشند ، به عنوان مثال ، گرافون - یک کریستال کربن با ضخامت مینیاتور یک اتم. و در دراز مدت ، پردازنده ها با تغییرات انقلابی روبرو خواهند شد که منجر به ظهور رایانه های کوانتومی ، نوری و حتی مولکولی می شود.

جالب است: تراشه های چند هسته ای آزمایشی

سال 2006 اینتل نمونه اولیه پردازنده 80 هسته ای تولید شده با استفاده از فناوری پردازش 32 نانومتری را رونمایی کرده است.
سال 2009 Tilera نمونه اولیه پردازنده 100 هسته ای سرور را نشان داده است که در آن هر هسته یک تراشه جداگانه با حافظه نهان L1 و L2 است.
سال 2009 اینتل یک رایانه "ابری" را که یک پردازنده مرکزی 48 هسته ای است ، نشان داد. علاوه بر این ، تمام 48 هسته چنین رایانه ای به عنوان گره های شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند.
2011 اینتل میکرو معماری جدید فراگیر هسته ای (MIC) جدیدی را توسعه داده است. پردازنده های جدید مبتنی بر آن بیش از 50 هسته دریافت می کنند و با استفاده از یک فناوری فرآیند 22 نانومتری در سال 2012 تولید خود را آغاز می کنند.
2011 Adapteva از ریزپردازنده های 64 هسته ای Epiphany IV رونمایی کرده است که در حالی که انرژی کمتری از 1 وات مصرف می کند ، حداکثر 70 گیگافلوپ (عملکرد نقطه شناور در ثانیه) را ارائه می دهد. از این تراشه ها نمی توان به عنوان واحدهای پردازش مرکزی استفاده کرد ، اما آداپتوا پیشنهاد می کند که از آنها به عنوان پردازنده مشترک برای کارهای پیچیده ای مانند شناسایی چهره ها یا حرکات کاربر استفاده کنید.
سال 2012 ZiiLabs ، یکی از شرکت های تابعه Creative Technology ، سیستم 100 هسته ای مبتنی بر تراشه ZMS-40 را اعلام کرد. اوج عملکرد سیستم برای محاسبات نقطه شناور 50 گیگابلاپ بود.

پردازنده های چهار هسته ای موبایل

در پایان سال گذشته ، NVIDIA کاملاً همه علاقه مندان را با انتشار این فیلم هیجان زده کرد پردازنده موبایل NVIDIA Tegra 3 که دارای پنج هسته Cortex A9 است. چهار مورد از آنها با سرعت 1.4 گیگاهرتز کار می کنند اما فقط در صورت لزوم فعال می شوند و
هسته پنجم اضافی ، تا 500 مگاهرتز اورکلاک شده ، به طور مداوم کار می کند و برای حل مشکلات ساده کار می کند. به دنبال لیست های پروکسی با کیفیت بالا باشید ، می توانید لیست های جدید پروکسی را با کمترین قیمت خریداری کنید. این فناوری می تواند مصرف برق پردازنده را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. اولین دستگاه مبتنی بر پردازنده جدید ، تبلت ASUS Transformer Prime بود. علاوه بر این ، در مورد برنامه های بلند پروازانه AMD فراموش نکنید ، که به ویژه ، قول می دهد امسال یک تراشه چهار هسته ای همراه با یکپارچه را منتشر کند هسته گرافیکی با نام رمز Trinity با پشتیبانی از DirectX 11.

***

... در روند توسعه ، تعداد هسته ها بیشتر و بیشتر می شود.

(توسعه دهندگان اینتل)

بیشتر هسته، علاوه بر این هسته، و حتی بسیاری ، بسیار هسته!..

... تا همین اواخر ، ما چیزی نمی شنیدیم و نمی دانستیم چند هسته ای پردازنده ها ، و امروز آنها به شدت با پردازنده های تک هسته ای جایگزین می شوند. رونق پردازنده های چند هسته ای آغاز شده است که هنوز هم اندکی! - قیمت های نسبتاً بالا آنها را مهار می کند. اما هیچ کس تردید ندارد که آینده پردازنده های چند هسته ای است! ..

هسته پردازنده چیست

در قلب ریزپردازنده مرکزی مدرن ( پردازنده - ابر از انگلیسی واحد پردازش مرکزی - دستگاه محاسبات مرکزی) هسته اصلی ( هسته) کریستال سیلیکونی با مساحت تقریبی یک سانتی متر مربع است که نمودار شماتیک پردازنده بر روی آن با استفاده از عناصر منطقی میکروسکوپی ، به اصطلاح معماری (معماری تراشه).

هسته به بقیه تراشه متصل است (که به آن "بسته بندی" می گویند ، بسته پردازنده) توسط فن آوری تلنگر ( تلنگر, باند تلنگر - هسته معکوس ، اتصال به روش بلور معکوس). این فناوری به این دلیل نامگذاری شده است که قسمت رو به بیرون - قابل مشاهده - قسمت اصلی آن "پایین" آن است - برای ایجاد تماس مستقیم با هیت سینک کولر برای اتلاف بهتر گرما. در قسمت پشت (نامرئی) خود "رابط" وجود دارد - اتصال بین کریستال و بسته. اتصال هسته پردازنده به بسته بندی با استفاده از دست اندازها انجام می شود ( برجستگی های لحیم کاری).

هسته بر روی یک پایه متکولیت قرار دارد ، که در طول آن مسیرهای تماس به "پایه ها" (پد های تماس) می رسند ، با یک رابط حرارتی پر شده و با یک پوشش محافظ فلزی بسته می شوند.

اولین (به طور طبیعی ، تک هسته ای) ریزپردازنده اینتل 4004 در 15 نوامبر 1971 توسط شرکت Intel معرفی شد. این شامل 2300 ترانزیستور بود ، که روی آن کار شده است فرکانس ساعت 108 کیلوهرتز و 300 دلار هزینه دارد.

نیازهای محاسباتی ریزپردازنده مرکزی به طور پیوسته رشد کرده و رشد می کنند. اما اگر تولیدکنندگان پردازنده های قبلی مجبور بودند دائماً با درخواست های فوری فعلی (همیشه در حال رشد!) کاربر سازگار شوند ، اکنون سازندگان تراشه از بازی جلوتر هستند!

برای مدت زمان طولانی ، افزایش عملکرد پردازنده های تک هسته ای سنتی عمدتا به دلیل افزایش متوالی فرکانس ساعت بود (حدود 80٪ عملکرد پردازنده توسط فرکانس ساعت تعیین می شود) با افزایش همزمان تعداد ترانزیستورهای یک کریستال. با این حال ، افزایش بیشتر فرکانس ساعت (با فرکانس ساعت بیش از 3.8 گیگاهرتز ، تراشه ها به راحتی گرم می شوند!) در برابر تعدادی از موانع اساسی فیزیکی قرار می گیرد (از آنجا که فرآیند فن آوری بسیار نزدیک به اندازه یک اتم است: امروزه پردازنده ها با استفاده از فناوری 45 نانومتر تولید می شوند و اندازه اتم سیلیسیم است تقریباً 0.543 نانومتر):

ابتدا با کاهش اندازه کریستال و افزایش فرکانس ساعت ، جریان نشتی ترانزیستورها افزایش می یابد. این منجر به مصرف برق بیشتر و افزایش تولید گرما می شود.

دوم ، مزایای سرعت کلاک بالاتر تا حدی با تأخیر حافظه جبران می شود زیرا زمان دسترسی حافظه با افزایش سرعت کلاک مطابقت ندارد.

سوم ، برای برخی از برنامه ها ، معماری های سنتی با افزایش سرعت ساعت به دلیل اصطلاحاً "گلوگاه فون نویمان" بی اثر می شوند - محدودیت عملکرد در نتیجه جریان متوالی محاسبات. در این حالت ، تاخیرهای انتقال سیگنال مقاومتی-خازنی افزایش می یابد که یک گلوگاه اضافی است که با افزایش فرکانس ساعت همراه است.

استفاده از سیستم های چند پردازنده ای نیز گسترده نیست ، زیرا به سیستم های چند پردازنده پیچیده و گران قیمت نیاز دارد. مادربردها... بنابراین ، تصمیم بر این شد که عملکرد ریزپردازنده ها با استفاده از روش های دیگر بهبود بیشتری یابد. موثرترین جهت به عنوان مفهوم شناخته شد چند رشته ای، که از دنیای ابر رایانه ها سرچشمه گرفته است ، پردازش همزمان همزمان چندین جریان دستورالعمل است.

بنابراین در روده های شرکت اینتل متولد شد فناوری Hyper-Threading (HTT) یک فناوری پردازش اطلاعات فوق رشته ای است که به پردازنده اجازه می دهد تا حداکثر چهار رشته برنامه را به طور موازی در یک پردازنده تک هسته ای اجرا کند. نخ بیش از حد به طور قابل توجهی کارایی اجرای برنامه های فشرده را افزایش می دهد (به عنوان مثال ، مربوط به ویرایش صدا و فیلم ، سه بعدی-مدلسازی) و همچنین عملکرد سیستم عامل در حالت چند وظیفه ای.

پردازنده پنتیوم 4 با گنجانده شده است نخ بیش از حد یکی دارد فیزیکی هسته ای که به دو قسمت تقسیم شده است منطقیبنابراین سیستم عامل آن را به عنوان دو پردازنده متفاوت (به جای یک) تعریف می کند.

نخ بیش از حد در واقع به سکوی پرشی برای ایجاد پردازنده هایی با دو هسته فیزیکی در یک قالب تبدیل شد. در یک تراشه 2 هسته ای ، دو هسته (دو پردازنده!) به طور موازی کار می کنند ، که با فرکانس ساعت پایین تر b در بارهعملکرد بهتر ، زیرا دو جریان دستورالعمل مستقل به طور موازی اجرا می شوند (همزمان!).

توانایی یک پردازنده برای اجرای همزمان چند موضوع نامیده می شود موازی کاری در سطح نخ (TLP – موازی کاری در سطح نخ) نیاز به TLP بستگی به وضعیت خاص دارد (در بعضی موارد به سادگی بی فایده است!).

مشکلات اصلی ایجاد پردازنده ها

هر هسته پردازنده باید مستقل - با مصرف برق مستقل و قدرت کنترل شده باشد.

بازار نرم افزار باید با برنامه هایی ارائه شود که بتواند به طور م alثر الگوریتم انشعاب دستورالعمل را به تعداد رشته های زوج (برای پردازنده های دارای تعداد زوج هسته) یا فرد (برای پردازنده های دارای تعداد عجیب و غریب هسته) تقسیم کند.

…

به گزارش سرویس مطبوعاتی AMD، امروز بازار پردازنده های 4 هسته ای بیش از 2٪ از کل بازار نیست. بدیهی است که برای خریدار مدرن ، خرید پردازنده 4 هسته ای برای نیازهای خانه تاکنون به دلایل زیادی معنی چندانی ندارد. اول ، امروز عملا هیچ برنامه ای وجود ندارد که بتواند به طور موثر از مزایای 4 رشته همزمان کار کند. در مرحله دوم ، تولید کنندگان موقعیت یابی پردازنده های 4 هسته ای به عنوان سلام-پایانراه حل ها با اضافه کردن به ضربه محکم و ناگهانی مدرن ترین کارت گرافیک ها و انبوه دیسکهای سخت، - و این در نهایت بیشتر هزینه گران قیمت را افزایش می دهد …

توسعه دهندگان اینتل آنها می گویند: "... در روند توسعه ، تعداد هسته ها بیشتر و بیشتر خواهد شد ...".

***

آنچه در آینده در انتظار ما است

الحاق اینتل آنها دیگر در مورد "چند هسته ای" صحبت نمی کنند ( چند هسته ای) پردازنده ها ، همانطور که در رابطه با راه حل های 2- ، 4- ، 8- ، 16- یا حتی 32 هسته ای و درباره "چند هسته ای" انجام می شود ( چند هسته ای) ، حاکی از ساختار کلان معماری کاملاً جدید تراشه ، قابل مقایسه (اما نه مشابه) با معماری پردازنده سلول.

ساختار چنین چند هسته ایتراشه به معنای کار با همان مجموعه دستورالعمل ها ، اما استفاده از یک هسته مرکزی قدرتمند یا چندین هسته قدرتمند است پردازندهتوسط بسیاری از هسته های کمکی احاطه شده است تا به شما کمک کند برنامه های چندرسانه ای پیچیده را در حالت چند رشته ای کارآمدتر کنترل کنید. پردازنده ها علاوه بر هسته های "منظور کلی" اینتل همچنین هسته های ویژه ای برای انجام کلاسهای مختلف وظایف - مانند گرافیک ، الگوریتم های تشخیص گفتار ، پردازش پروتکل های ارتباطی - در اختیار شما قرار خواهد داد.

این دقیقاً همان معماری است که جاستین راتنر ( جاستین آر. راتنر) ، مدیر بخش گروه فناوری شرکت اینتل، در یک کنفرانس مطبوعاتی در توکیو. به گفته وی ، ممکن است در پردازنده چند هسته ای جدید چندین ده هسته هسته ای کمکی وجود داشته باشد. در مقابل تمرکز روی هسته های محاسباتی بزرگ ، تشنه قدرت و اتلاف گرمای زیاد ، بلورهای چند هسته ای اینتل فقط آن هسته هایی را که برای کار فعلی لازم هستند فعال می کند ، در حالی که بقیه هسته ها غیرفعال می شوند. این اجازه می دهد تا کریستال دقیقاً به اندازه برق مورد نیاز در یک زمان مشخص مصرف کند.

در جولای 2008 شرکت اینتل اعلام کرد که در حال بررسی امکان ادغام دهها یا حتی هزاران هسته محاسباتی در یک پردازنده است. مهندس سرب Envar Galum ( انور غولوم) در وبلاگ خود نوشت: "در نهایت ، من توصیه می کنم از نکته بعدی خود استفاده کنم ... توسعه دهندگان باید اکنون در مورد ده ها ، صدها و هزاران هسته فکر کنند." به گفته وی ، در حال حاضر اینتل در حال بررسی فناوری هایی است که می توانند محاسبات را "با تعداد هسته هایی که هنوز نمی فروشیم" مقیاس بندی کنند.

گالوم گفت ، در نهایت ، موفقیت سیستم های چند هسته ای به توسعه دهندگانی بستگی دارد که ممکن است مجبور به تغییر زبان برنامه نویسی و بازنویسی همه کتابخانه های موجود باشند.

روزهایی که می شد از دوستی شنید: «وای ، تو داری پردازنده دو هسته ای؟! " تعداد هسته ها پردازنده های مدرن با سرعت خارق العاده ای در حال افزایش است. از قبل می توانید با پول اندک و دو - و سه - و پردازنده چهار هسته ای... با بودجه کمی بیشتر می توانید به راحتی یک پردازنده شش هسته ای یا هشت هسته ای خریداری کنید. اما موقعیت های پیشرو هنوز توسط پردازنده های دو هسته ای و چهار هسته ای آشنا تری اشغال می شوند. در اینجا ، هنگام خرید ، این سوال پیش می آید: کدام یک را انتخاب کنید - با دو یا چهار هسته؟ در نگاه اول ، پاسخ واضح است - جایی که هسته های بیشتری وجود داشته باشد ، هسته قدرتمندتر است. اما همه چیز در اینجا خیلی ساده نیست.

البته تعداد هسته ها باید سرعت کار را افزایش دهد. اما اغلب اتفاق می افتد که یک برنامه یا سیستم عامل به سادگی قادر به استفاده از تمام توانایی های پردازنده چهار هسته ای نیست. همچنین اگر به عنوان مثال حافظه رم کمی داشته باشید ، پردازنده چهار هسته ای ممکن است کاملاً بی فایده باشد hDD یا مادربرد خیلی خوبی نیست. در این صورت دو هسته اضافی هیچ حسی نخواهد داشت - آنها به راحتی بیکار خواهند بود.

همچنین بستگی به این دارد که از رایانه خود برای چه هدفی استفاده می کنید. اگر فقط متن تایپ می کنید ، به موسیقی گوش می دهید ، فیلم تماشا می کنید ، بازی هایی می کنید که به قدرت کامپیوتر زیادی احتیاج ندارند یا هر از گاهی برای بررسی نامه الکترونیکی خود به اینترنت می روید - به بیش از دو هسته نیاز ندارید. پردازنده دو هسته ای مناسب برای کامپیوتر اداری... اگر به عنوان مثال ، شما یک گیمر مشتاق هستید که عاشق آن هستید بازی های قدرتمند - پس شما باید یک هسته چهار هسته ای بخرید. با این حال ، موارد بالا را فراموش نکنید: با کارت ویدیو کم مصرف یا کوچک بازی کنید رماستفاده از چهار هسته هدر دادن پول است ، زیرا این هسته ها به هیچ وجه به شما کمک نمی کنند.

و یک چیز دیگه بسیاری از افراد هنوز معتقدند که اگر هسته های دوبرابر وجود داشته باشد ، پردازنده دو برابر سریعتر کار خواهد کرد. این یک تصور غلط است ، زیرا افزایش سرعت کمتر خواهد بود. همچنین ، یک پردازنده چهار هسته ای به ترتیب برق بیشتری مصرف می کند و بیشتر گرم می شود ، به این معنی که به یک خنک کننده قوی تر نیاز است که می تواند صدای کامپیوتر را افزایش دهد. البته این خیلی مهم نیست.

البته ، در زمان ما ، خرید یک پردازنده دو هسته ای می تواند اقدامی کوته فکرانه باشد ، زیرا ، غالباً با افزودن اندکی پول ، می توانید یک پردازش چهار هسته ای را انجام دهید. چهار هسته خرید با حاشیه برای آینده است ، زیرا این احتمال وجود دارد که پردازنده های دو هسته ای طی چند سال دیگر از کار بیفتند. و در این مرحله نمی توان پاسخ دقیق داد - همه اینها به هدف رایانه شما بستگی دارد. به طور کلی ، انتخاب ، مثل همیشه ، به عهده کاربر است.

هسته پردازنده چیست

در مرکز یک ریزپردازنده مدرن مرکزی (CPU - خلاصه شده از واحد پردازش مرکزی انگلیسی - دستگاه محاسبات مرکزی) یک هسته (هسته) وجود دارد - یک کریستال سیلیکون با مساحت حدود یک سانتی متر مربع ، که با استفاده از عناصر منطقی میکروسکوپی ، نمودار مدار پردازنده بر روی آن اجرا می شود ، به اصطلاح معماری ( معماری تراشه).

هسته با فناوری "flip-chip" به تراشه متصل می شود ("بسته بندی" ، بسته CPU نامیده می شود) (تراشه فلیپ ، اتصال فلیپ تراشه - هسته معکوس ، اتصال به روش قالب معکوس). این فناوری به این دلیل نامگذاری شده است که قسمت رو به بیرون - قابل مشاهده - قسمت اصلی آن "پایین" آن است - برای ایجاد تماس مستقیم با هیت سینک کولر برای اتلاف بهتر گرما. در قسمت پشت (نامرئی) خود "رابط" وجود دارد - اتصال بین کریستال و بسته. اتصال هسته پردازنده به بسته بندی با استفاده از Solder Bumps انجام می شود.

هسته بر روی یک پایه متکولیت قرار دارد ، که در طول آن مسیرهای تماس با "پاها" (پد های تماس) اجرا می شود ، با یک رابط حرارتی پر شده و با یک پوشش محافظ فلزی بسته می شود.

پردازنده چند هسته ای چیست

پردازنده چند هسته ای یک ریز پردازنده مرکزی است که شامل 2 یا چند هسته محاسباتی در یک تراشه پردازنده یا در یک بسته است.

چند هسته ای برای چیست؟

اولین (به طور طبیعی ، تک هسته ای) ریزپردازنده Intel 4004 اینتل در تاریخ 15 نوامبر 1971 توسط شرکت Intel معرفی شد. این دستگاه شامل 2300 ترانزیستور بود ، با سرعت 108 کیلوهرتز کار می کرد و 300 دلار هزینه داشت.

نیازهای محاسباتی ریزپردازنده مرکزی به طور پیوسته رشد کرده و رشد می کنند. اما اگر تولیدکنندگان پردازنده های قبلی مجبور بودند دائماً با درخواستهای فوری (همیشه در حال رشد!) کاربران رایانه شخصی سازگار شوند ، اکنون سازندگان تراشه از بازی جلوتر هستند!

برای مدت طولانی ، افزایش عملکرد پردازنده های تک هسته ای سنتی عمدتا به دلیل افزایش متوالی فرکانس ساعت بود (حدود 80٪ عملکرد پردازنده با فرکانس ساعت تعیین می شود) با افزایش همزمان تعداد ترانزیستورهای یک کریستال. با این حال ، افزایش بیشتر فرکانس ساعت (با سرعت بیش از 3.8 گیگاهرتز ، تراشه ها به راحتی گرم می شوند!) به تعدادی از موانع اساسی فیزیکی تبدیل می شود (از آنجا که فرآیند فن آوری تقریباً به اندازه یک اتم نزدیک است: امروزه پردازنده ها با استفاده از فناوری 45 نانومتر تولید می شوند و اندازه اتم سیلیسیم است تقریباً 0.543 نانومتر):

ابتدا با کاهش اندازه کریستال و افزایش فرکانس ساعت ، جریان نشتی ترانزیستورها افزایش می یابد. این منجر به مصرف برق بیشتر و افزایش تولید گرما می شود.

دوم ، مزایای سرعت کلاک بالاتر تا حدی با تأخیر حافظه جبران می شود ، زیرا زمان دسترسی حافظه با افزایش سرعت کلاک مطابقت ندارد.

سوم ، برای برخی از برنامه ها ، معماری های سنتی با افزایش سرعت ساعت به دلیل اصطلاحاً "گلوگاه فون نویمان" بی اثر می شوند - محدودیت عملکرد ناشی از جریان متوالی محاسبه. در این حالت ، تاخیرهای انتقال سیگنال مقاومتی-خازنی افزایش می یابد که یک گلوگاه اضافی است که با افزایش فرکانس ساعت همراه است.

استفاده از سیستم های چند پردازنده ای نیز گسترده نیست ، زیرا به مادربردهای پیچیده و گران قیمت چند پردازنده ای نیاز دارد. بنابراین ، تصمیم بر این شد که عملکرد ریزپردازنده ها با استفاده از روش های دیگر بهبود بیشتری یابد. م effectiveثرترین جهت به عنوان مفهوم چند رشته ای شناخته شد که از دنیای ابر رایانه ها نشأت گرفته است - این پردازش موازی همزمان چندین جریان از دستورات است.

بنابراین در روده های اینتل فناوری Hyper-Threading (HTT) متولد شد - فناوری پردازش فوق العاده نخ پردازش داده ها ، که به پردازنده اجازه می دهد تا حداکثر چهار رشته برنامه را به طور همزمان در یک پردازنده تک هسته ای اجرا کند. Hyper-threading به طور قابل توجهی عملکرد برنامه های پرمخاطب (به عنوان مثال ، برنامه های مربوط به ویرایش صدا و فیلم ، مدل سازی 3D) و همچنین عملکرد سیستم عامل در حالت چند وظیفه ای را بهبود می بخشد.

یک پردازنده پنتیوم 4 با قابلیت Hyper-threading دارای یک هسته فیزیکی است که به دو هسته منطقی تقسیم شده است ، بنابراین سیستم عامل آن را به عنوان دو تشخیص می دهد پردازنده های مختلف (به جای یک).

Hyper-threading در واقع به پرشی برای ایجاد پردازنده هایی با دو هسته فیزیکی در یک قالب تبدیل شده است. در یک تراشه 2 هسته ای ، دو هسته (دو پردازنده!) به طور موازی کار می کنند ، که عملکرد بالاتری را در فرکانس ساعت کمتر ارائه می دهند ، زیرا دو جریان دستورالعمل مستقل به طور موازی اجرا می شوند (همزمان!).

معماری چند هسته ای

پردازنده های چند هسته ای را می توان با پشتیبانی آنها از انسجام حافظه نهان (مشترک) بین هسته ها دسته بندی کرد. پردازنده هایی با چنین پشتیبانی و بدون آن وجود دارند.

روش ارتباطی بین هسته ها: شبکه گذرگاه مشترک (مش) در شبکه پیوندهای نقطه به نقطه با سوئیچ حافظه نهان مشترک

توانایی پردازنده برای اجرای همزمان چند موضوع ، موازی سازی سطح نخ (TLP) نامیده می شود. نیاز به TLP به شرایط خاص بستگی دارد (در بعضی موارد به سادگی مفید نیست!).

مشکلات اصلی ایجاد پردازنده های چند هسته ای

هر هسته پردازنده باید مستقل باشد - دارای مصرف برق مستقل و قدرت کنترل شده.

بازار نرم افزار باید با برنامه هایی ارائه شود که بتواند به طور م theثر الگوریتم انشعاب را به تعداد رشته های زوج (برای پردازنده های دارای تعداد زوج هسته) یا فرد (برای پردازنده های دارای تعداد عجیب و غریب هسته) تقسیم کند.

مزایای پردازنده های چند هسته ای

امکان توزیع کار برنامه ها ، به عنوان مثال ، کارهای اصلی برنامه ها و وظایف پس زمینه سیستم عامل، بیش از چندین هسته ؛

افزایش سرعت برنامه ها ؛

فرآیندهای فشرده محاسباتی بسیار سریعتر هستند.

استفاده کارآمدتر از برنامه های چندرسانه ای محاسباتی (به عنوان مثال ، ویرایشگرهای ویدئو).

کاهش مصرف انرژی

کار کاربر رایانه راحت تر می شود.

معایب پردازنده های چند هسته ای

افزایش هزینه تولید پردازنده های چند هسته ای (در مقایسه با پردازنده های تک هسته ای) سازندگان تراشه ها را مجبور به افزایش هزینه های خود می کند و این تا حدی تقاضا را مهار می کند.

از آنجا که دو یا چند هسته به طور همزمان با RAM کار می کنند ، لازم است که "بدون" تعارض به آنها آموزش دهیم.

افزایش مصرف برق نیاز به استفاده از مدارهای قدرتمند قدرت دارد.

سیستم خنک کننده قدرتمندتری لازم است.

تعداد نرم افزارهای بهینه شده برای چند هسته بسیار ناچیز است (بیشتر برنامه ها برای کار در حالت تک هسته ای کلاسیک طراحی شده اند ، بنابراین به راحتی نمی توانند از قدرت محاسبه هسته های اضافی استفاده کنند).

سیستم عامل هایی که از پردازنده های چند هسته ای پشتیبانی می کنند (به عنوان مثال Windows XP SP2 و بالاتر) از منابع محاسباتی هسته های اضافی برای نیازهای سیستم خود استفاده می کنند.

باید پذیرفت که در حال حاضر ، پردازنده های چند هسته ای بسیار ناکارآمد استفاده می شوند. علاوه بر این ، در عمل پردازنده های هسته ای محاسبات را n برابر سریعتر از تک هسته ای انجام ندهید: اگرچه افزایش عملکرد قابل توجه است ، اما تا حد زیادی به نوع برنامه بستگی دارد. برای برنامه هایی که برای کار با پردازنده های چند هسته ای طراحی نشده اند ، سرعت فقط 5٪ افزایش می یابد. اما برنامه های بهینه شده برای پردازنده های چند هسته ای در حال حاضر 50٪ سریعتر هستند.