Procesor wielordzeniowy: co to jest i do czego służy

Ogólnym trendem jest znalezienie procesora wielordzeniowego w komputerze osobistym, więc jeśli nadal nie wiesz, o czym mówimy, nadszedł czas, abyś spotkał się z tymi procesorami. W rzeczywistości są z nami od prawie dekady, co daje nam coraz więcej mocy i większą zdolność do przetwarzania informacji, zmieniając naszą maszynę w prawdziwe centra danych z komputerami stacjonarnymi.

Indeks treści

Procesory wielordzeniowe zrewolucjonizowały rynek, najpierw w zakresie konsumpcji dużych firm i centrów danych, a następnie zwykłych użytkowników, wkraczając w nową erę sprzętu o wysokiej wydajności. Nawet nasz smartfon ma procesory wielordzeniowe.

Jaka jest funkcja procesora w komputerze

Ale zanim zaczniemy widzieć, o co w tym wszystkim chodzi w procesorach wielordzeniowych, warto odświeżyć trochę pamięci, określając, do czego tak naprawdę służy procesor. Być może w tym momencie wydaje się to głupie, ale nie wszyscy znają ten istotny element w obecnej epoce i nadszedł czas.

Procesor, procesor lub jednostka centralna składa się z obwodu elektronicznego zaprojektowanego z tranzystorów, bramek logicznych i linii z sygnałami elektrycznymi zdolnymi do wykonywania zadań i instrukcji. Instrukcje te są generowane przez program komputerowy i interakcję (lub nie) człowieka lub nawet innych programów. W ten sposób jesteśmy w stanie wykonywać produktywne zadania w oparciu o dane za pośrednictwem komputerów.

Komputer i jakiekolwiek inne urządzenie elektroniczne nie może być pomyślane bez obecności procesora. Może to być mniej lub bardziej złożone, ale każde urządzenie zdolne do wykonania określonego zadania potrzebuje tego urządzenia do konwersji sygnałów elektrycznych na dane, a nawet na zadania fizyczne, takie jak linie montażowe przydatne dla ludzi.

Co jest rdzeniem procesora

Jak każdy inny element, procesor składa się z różnych elementów w nim zawartych. Tę kombinację elementów nazywamy architekturą, a tym, który obecnie mamy w procesorze naszego komputera, jest x86, zestaw kodów, parametrów i komponentów elektronicznych, które łącznie są w stanie obliczyć te instrukcje po prostu wykonując operacje logiczne i arytmetyczne.

Struktura wewnętrzna procesora

Rdzeniem lub rdzeniem procesora jest jednostka lub układ scalony odpowiedzialny za przetwarzanie wszystkich tych informacji. Złożony z milionów tranzystorów wyposażonych w funkcjonalną logiczną strukturę, jest w stanie przetwarzać wprowadzane informacje w postaci argumentów i operatorów w celu generowania wyników, które pozwalają programom na działanie. Jest to zatem podstawowa jednostka procesora.

Aby dźwięk brzmiał, rdzeń procesora składa się z następujących głównych elementów:

• Jednostka sterująca (UC): odpowiada za synchroniczne kierowanie pracą procesora, w tym przypadku rdzenia. Wydaje rozkazy w postaci sygnałów elektrycznych do różnych komponentów (procesor, pamięć RAM, urządzenia peryferyjne), aby działały synchronicznie. Jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU): odpowiada za wykonywanie wszystkich operacji logicznych i arytmetycznych za pomocą liczb całkowitych z danymi, które otrzymuje. Rejestry: rejestry to komórki, które umożliwiają przechowywanie wykonywanych instrukcji i wyników przeprowadzonej operacji.

Po co jest więcej rdzeni?

Wyścig producentów o najszybszy produkt, jaki kiedykolwiek istniał, w elektronice nie jest inaczej. W tamtych czasach kamieniem milowym było stworzenie procesora o częstotliwości większej niż 1 GHz. Jeśli nie wiesz, GHz mierzy liczbę operacji, które procesor jest w stanie wykonać

GHz: co to jest i co jest gigahercem w informatyce

Wyścig o więcej GHz

Pierwszym procesorem, który osiągnął 1 GHz, była DEC Alpha w 1992 r., Ale jeśli chodzi o procesor do komputerów osobistych, dopiero w 1999 r. Intel z Pentium III i AMD z procesorami Athlon osiągnął te liczby.. W tym czasie producenci mieli na myśli tylko jedną rzecz: „im więcej GHz, tym lepiej ”, ponieważ można było wykonać więcej operacji na jednostkę czasu.

Po kilku latach producenci znaleźli ograniczenie liczby GHz swoich procesorów, dlaczego? ponieważ z powodu ogromnej ilości ciepła, która została wygenerowana w jego rdzeniu, granica integralności użytych materiałów i radiatorów była ograniczona. Podobnie pobudzono zużycie dla każdego Hz, gdy częstotliwość została zwiększona.

Wyścig o więcej rdzeni

Na tym limicie producenci musieli zmienić paradygmat i tak powstał nowy cel: „im więcej rdzeni, tym lepiej ”. Pomyślmy, jeśli jądro jest odpowiedzialne za wykonywanie operacji, to zwiększając liczbę jąder, możemy podwoić, potroić… liczbę operacji, które można wykonać. Oczywiście tak jest, dzięki dwóm rdzeniom możemy wykonać dwie operacje jednocześnie, a przy czterech możemy wykonać 4 z tych operacji.

Intel Pentium Extreme Edition 840

Cel wyznaczony przez Intela, aby osiągnąć 10 GHz dzięki architekturze NetBurst, został pozostawiony w tyle, co do tej pory nie zostało osiągnięte, przynajmniej nie dzięki systemom chłodzenia dostępnym dla zwykłych użytkowników. Zatem najlepszym sposobem na osiągnięcie dobrej skalowalności mocy i mocy obliczeniowej było posiadanie procesorów z pewną liczbą rdzeni i również z określoną częstotliwością.

Rozpoczęto wdrażanie procesorów dwurdzeniowych, albo produkujących dwa oddzielne procesory, albo znacznie lepiej, integrując dwa DIE (obwody) w jednym układzie. W ten sposób oszczędza się dużo miejsca na płytach głównych, choć wymaga większej złożoności przy implementacji jego struktury komunikacyjnej z innymi komponentami, takimi jak pamięć podręczna, magistrale itp.

Pierwsze procesory z więcej niż jednym rdzeniem

W tym momencie dość interesujące jest wiedzieć, które były pierwszymi procesorami wielordzeniowymi, które pojawiły się na rynku. I jak można sobie wyobrazić, początki były jak zawsze, do użytku korporacyjnego na serwerach, a także jak zawsze IBM. Pierwszym wielordzeniowym procesorem był IBM POWER4 z dwoma rdzeniami na jednym DIE i częstotliwości podstawowej 1, 1 GHz, wyprodukowany w 2001 roku.

Ale dopiero w 2005 r. Pojawiły się pierwsze dwurdzeniowe procesory do masowego użytku przez użytkowników na komputerach stacjonarnych. Intel ukradł portfel AMD kilka tygodni wcześniej dzięki Intel Pentium Extreme Edition 840 z HiperThreading, a następnie opublikował AMD Athlon X2.

Następnie producenci podjęli próbę i zaczęli bezkrytycznie wprowadzać jądra, aw konsekwencji miniaturyzację tranzystorów. Obecnie proces produkcyjny oparty jest na tranzystorach zaledwie 7 nm zaimplementowanych przez AMD w 3. generacji Ryzen i 12 nm zaimplementowanych przez Intel. Dzięki temu udało nam się wprowadzić większą liczbę rdzeni i obwodów w tym samym układzie, zwiększając w ten sposób moc przetwarzania i zmniejszając zużycie. W rzeczywistości mamy na rynku do 32-rdzeniowych procesorów, którymi są Threadrippers AMD.

Czego potrzebujemy, aby skorzystać z rdzeni procesora

Logika wydaje się bardzo prosta, wstaw rdzenie i zwiększ liczbę jednoczesnych procesów. Ale na początku był to prawdziwy ból głowy dla producentów sprzętu, a zwłaszcza twórców oprogramowania.

I jest to, że programy zostały zaprojektowane (skompilowane) tylko do pracy z jądrem. Potrzebujemy nie tylko procesora fizycznie zdolnego do wykonywania wielu jednoczesnych operacji, ale także tego, że program, który generuje te instrukcje, może to zrobić, komunikując się z każdym z dostępnych rdzeni. Nawet systemy operacyjne musiały zmienić swoją architekturę, aby móc efektywnie korzystać z wielu rdzeni jednocześnie.

W ten sposób programiści zabrali się do pracy i zaczęli kompilować nowe programy z obsługą wielordzeniową, dzięki czemu obecnie program jest w stanie efektywnie wykorzystywać wszystkie rdzenie dostępne na komputerze. W ten sposób pomnożenie wątków wykonania do niezbędnej kwoty. Bo jeśli oprócz rdzeni pojawiła się również koncepcja wątku wykonania.

W procesorze wielordzeniowym niezbędne jest zrównoleglenie procesów wykonywanych przez program, co oznacza, że każde jądro zdoła wykonać zadanie równolegle z innym, a następnie kolejno jeden po drugim. Ta metoda tworzenia różnych zadań jednocześnie z programu nazywa się wątkami procesowymi, wątkami roboczymi, wątkami lub po prostu wątkami w języku angielskim. Zarówno system operacyjny, jak i programy muszą być w stanie tworzyć równoległe wątki procesu, aby móc korzystać z pełnej mocy procesora. Jest to wysoki poziom, w którym projektowanie CAD, edycja wideo lub programy radzą sobie bardzo dobrze, podczas gdy gry mają przed sobą długą drogę.

Jakie są wątki procesora? Różnice z jądrami

HyperThreading i SMT

W wyniku powyższego pojawiają się technologie producentów procesorów. Najbardziej znanym z nich jest HyperThreading, który Intel zaczął używać w swoich procesorach, a później AMD zrobi to najpierw w swojej technologii CMT, a następnie w ewolucji do SMT (symultaniczne wielowątkowość).

Technologia ta polega na istnieniu dwóch rdzeni w jednym, ale nie będą to prawdziwe rdzenie, ale logiczne, coś , co w programowaniu nazywa się przetwarzaniem wątków lub wątków. Już o tym rozmawialiśmy. Chodzi o to, aby po raz kolejny podzielić obciążenie między rdzenie, dzieląc każde z zadań na wątki, aby były one wykonywane, gdy rdzeń jest wolny.

Istnieją procesory, które mają na przykład tylko dwa rdzenie, ale dzięki tym technologiom mają 4 wątki. Intel wykorzystuje go przede wszystkim w wydajnych procesorach Intel Core i laptopach, a AMD wdrożył go w całej gamie procesorów Ryzen.

Co to jest HyperThreading?

Jak sprawdzić, ile rdzeni ma mój procesor

Wiemy już, czym są rdzenie i jakie wątki oraz ich znaczenie dla procesora wielordzeniowego. Ostatnią rzeczą, którą nam pozostało, jest wiedzieć , ile rdzeni ma nasz procesor.

Powinieneś wiedzieć, że Windows czasami nie rozróżnia rdzeni i wątków, ponieważ pojawią się one z nazwą rdzeni lub procesorów, na przykład w narzędziu „msiconfig”. Jeśli otworzymy Menedżera zadań i przejdziemy do sekcji wydajności, możemy zobaczyć listę, na której pojawia się liczba rdzeni i procesorów logicznych procesora. Ale grafika, która zostanie nam pokazana, będzie bezpośrednio graficzna z rdzeniami logicznymi, podobnie jak te, które pojawią się w Monitorze wydajności, jeśli go otworzymy.

Jak sprawdzić, ile rdzeni ma mój procesor

Wnioski i ciekawe linki

Dochodzimy do końca i mamy nadzieję, że godnie wyjaśniliśmy, czym jest procesor wielordzeniowy i najważniejsze pojęcia związane z tym tematem. Obecnie istnieją prawdziwe potwory z maksymalnie 32 rdzeniami i 64 wątkami. Jednak, aby procesor był skuteczny, ważna jest nie tylko liczba rdzeni i ich częstotliwość, ale także sposób jego budowy, wydajność magistrali danych oraz komunikacja i sposób działania rdzeni, a tutaj Intel podąża za wyprzedzić AMD. Wkrótce zobaczymy nowe Ryzen 3000s, które obiecują wyprzedzić najpotężniejsze procesory Intela do komputerów stacjonarnych, więc czekajcie na nasze recenzje.

Jeśli masz jakieś pytania lub uwagi na ten temat lub chcesz coś wyjaśnić, zapraszamy do zrobienia tego, korzystając z pola komentarza poniżej.