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Single core ou dual core ?

Victor Kuts

L'événement récent le plus important dans le domaine des microprocesseurs a été la généralisation des processeurs équipés de deux cœurs de calcul. La transition vers une architecture dual-core est due au fait que les méthodes traditionnelles pour augmenter les performances des processeurs se sont complètement épuisées - le processus d'augmentation de leurs fréquences d'horloge dans dernièrement bloqué.

Par exemple, au cours de la dernière année avant l'avènement des processeurs dual-core, Intel a pu augmenter les fréquences de ses processeurs de 400 MHz, et AMD encore moins - de seulement 200 MHz. D'autres méthodes d'amélioration des performances, telles que l'augmentation de la vitesse du bus et de la taille du cache, ont également perdu leur efficacité d'antan. Ainsi, l'introduction de processeurs dual-core, qui possèdent deux cœurs de processeur dans une seule puce et partagent la charge, s'avère désormais être l'étape la plus logique sur le chemin complexe et épineux de l'augmentation des performances des ordinateurs modernes.

Que représente-t-il processeur double cœur? En principe, un processeur double cœur est un système SMP (Symmetric MultiProcessing ; terme désignant un système avec plusieurs processeurs égaux) et n'est essentiellement pas différent d'un système double processeur ordinaire composé de deux processeurs indépendants. De cette façon, nous bénéficions de tous les avantages des systèmes à double processeur sans avoir besoin de systèmes à double processeur complexes et très coûteux. cartes mères.

Avant cela, Intel avait déjà tenté de paralléliser les instructions en cours d'exécution - nous parlons de la technologie HyperThreading, qui assure la division des ressources d'un processeur « physique » (cache, pipeline, unités d'exécution) entre deux processeurs « virtuels » . Le gain de performances (dans les applications individuelles optimisées pour HyperThreading) était d'environ 10 à 20 %. Alors qu'un processeur dual-core à part entière, qui comprend deux cœurs physiques « honnêtes », permet d'augmenter les performances du système de 80 à 90 % et même plus (naturellement, avec la pleine utilisation des capacités de ses deux cœurs).

Le principal initiateur de la promotion des processeurs dual-core a été AMD, qui a lancé début 2005 le premier processeur pour serveur Opteron dual-core. Quant aux processeurs de bureau, l'initiative a été prise par Intel, qui a annoncé à peu près au même moment Processeurs Intel Pentium D et Intel Extreme Edition. Certes, l'annonce d'une gamme similaire de processeurs Athlon64 X2 produits par AMD n'a eu lieu que quelques jours en retard.

Processeurs Intel double cœur

Les premiers processeurs Intel Pentium D 8xx double cœur étaient basés sur le cœur Smithfield, qui n'est rien de plus que deux cœurs Prescott combinés sur une seule puce semi-conductrice. Un arbitre s'y trouve également, qui surveille l'état du bus système et permet de diviser l'accès à celui-ci entre les cœurs, chacun possédant son propre cache de deuxième niveau de 1 Mo. La taille d'un tel cristal, fabriqué à l'aide d'un procédé technologique de 90 nm, atteignait 206 mètres carrés. mm, et le nombre de transistors approche les 230 millions.

Pour les utilisateurs avancés et les passionnés, Intel propose des processeurs Pentium Extreme Edition, qui diffèrent du Pentium D en prenant en charge la technologie HyperThreading (et un multiplicateur déverrouillé), grâce à quoi ils sont détectés par le système d'exploitation comme quatre processeurs logiques. Toutes les autres fonctions et technologies des deux processeurs sont complètement identiques. Parmi eux figurent la prise en charge du jeu d'instructions EM64T 64 bits (x86-64), les technologies d'économie d'énergie EIST (Enhanced Intel SpeedStep), C1E (Enhanced Halt State) et TM2 (Thermal Monitor 2), ainsi que les informations sur les bits NX. fonction de protection. Ainsi, la différence de prix considérable entre les processeurs Pentium D et Pentium EE est largement artificielle.

En ce qui concerne la compatibilité, les processeurs basés sur le cœur Smithfield peuvent potentiellement être installés sur n'importe quelle carte mère LGA775, à condition qu'ils répondent aux exigences d'Intel concernant le module d'alimentation de la carte.

Mais la première crêpe, comme d'habitude, a été un désastre - dans de nombreuses applications (dont la plupart ne sont pas optimisées pour le multi-threading), les processeurs Pentium D double cœur non seulement n'ont pas surpassé les processeurs Prescott monocœur fonctionnant à la même fréquence d'horloge. , mais parfois même perdu contre eux. Évidemment, le problème réside dans l'interaction des cœurs via le bus processeur Quad Pumped Bus (lors du développement du cœur Prescott, aucune disposition n'a été prise pour faire évoluer ses performances en augmentant le nombre de cœurs).

Pour éliminer les défauts de la première génération de processeurs Intel dual-core, des processeurs basés sur le cœur Presler 65 nm (deux cœurs Cedar Mill distincts situés sur le même substrat), apparus au tout début de cette année, ont été sollicités. . Un procédé technique plus « fin » a permis de réduire la surface des cœurs et leur consommation électrique, ainsi que d'augmenter les fréquences d'horloge. Les processeurs dual-core basés sur le cœur Presler étaient appelés Pentium D avec les index 9xx. Si l'on compare les processeurs des séries Pentium D 800 et 900, en plus d'une réduction notable de la consommation électrique, les nouveaux processeurs ont doublé le cache de deuxième niveau (2 Mo par cœur au lieu de 1 Mo) et la prise en charge de la technologie de virtualisation prometteuse de Vanderpool ( Technologie de virtualisation Intel). De plus, le processeur Pentium Extreme Edition 955 a été lancé avec la technologie HyperThreading activée et fonctionnant à une fréquence de bus système de 1 066 MHz.

Officiellement, les processeurs basés sur le cœur Presler avec une fréquence de bus de 1066 MHz ne sont compatibles qu'avec les cartes mères basées sur les chipsets des séries i965 et i975X, tandis que les Pentium D à 800 MHz fonctionneront sur toutes dans la plupart des cas. cartes mères, soutenant ce bus. Mais, encore une fois, la question se pose de l'alimentation électrique de ces processeurs : le package thermique des Pentium EE et Pentium D, à l'exception du modèle plus jeune, est de 130 W, soit près d'un tiers de plus que celui du Pentium 4. . Selon Intel lui-même, un fonctionnement stable d'un système dual-core n'est possible qu'en utilisant des alimentations d'une puissance d'au moins 400 W.

Les processeurs Intel dual-core de bureau modernes les plus efficaces sont, sans aucun doute, Intel Core 2 Duo et Core 2 eXtreme (noyau Conroe). Leur architecture développe les principes de base de l'architecture de la famille P6, cependant, le nombre d'innovations fondamentales est si grand qu'il est temps de parler d'une nouvelle, 8ème génération d'architecture de processeur (P8) Intel. Malgré leur vitesse d'horloge inférieure, ils surpassent largement la famille de processeurs P7 (NetBurst) en termes de performances dans la grande majorité des applications - principalement en raison d'une augmentation du nombre d'opérations effectuées à chaque cycle d'horloge, ainsi que d'une réduction des pertes causées par la grande longueur du pipeline P7.

Les processeurs de bureau de la gamme Core 2 Duo sont disponibles en plusieurs versions :
- Série E4xxx - FSB 800 MHz, 2 Mo de cache L2 commun aux deux cœurs ;
- Série E6xxx - FSB 1066 MHz, taille de cache 2 ou 4 Mo ;
- Série X6xxx (eXtreme Edition) - FSB 1066 MHz, taille du cache 4 Mo.

La lettre code "E" indique la plage de consommation électrique de 55 à 75 watts, "X" - supérieure à 75 watts. Le Core 2 eXtreme ne diffère du Core 2 Duo que par sa fréquence d'horloge accrue.

Tous les processeurs Conroe utilisent un bus Quad Pumped bien développé et un socket LGA775. Ce qui ne signifie toutefois pas une compatibilité avec les anciennes cartes mères. En plus de prendre en charge des vitesses d'horloge de 1 067 MHz, les cartes mères des nouveaux processeurs doivent inclure un nouveau module de régulation de tension (VRM 11). Ces exigences sont principalement satisfaites par les versions mises à jour des cartes mères basées sur Chipsets Intel Séries 975 et 965, ainsi que NVIDIA nForce 5xx Intel Edition et ATI Xpress 3200 Intel Edition.

Au cours des deux prochaines années, les processeurs Intel de toutes classes (mobiles, ordinateurs de bureau et serveurs) seront basés sur l'architecture Intel Core, et le développement principal ira dans le sens d'augmenter le nombre de cœurs sur une puce et d'améliorer leurs interfaces externes. . En particulier, pour le marché des ordinateurs de bureau, ce processeur sera Kentsfield, le premier processeur quadricœur d'Intel destiné au segment des PC de bureau hautes performances.

Processeurs AMD double cœur

La gamme de processeurs double cœur AMD Athlon 64 X2 utilise deux cœurs (Toledo et Manchester) à l'intérieur d'une seule puce, fabriqués à l'aide d'une technologie de processus 90 nm utilisant la technologie SOI. Chacun des cœurs Athlon 64 X2 possède son propre ensemble d'actionneurs et un cache dédié de deuxième niveau ; ils partagent un contrôleur de mémoire et un contrôleur de bus HyperTransport. Les différences entre les cœurs résident dans la taille du cache de deuxième niveau : Toledo dispose d'un cache L2 de 1 Mo par cœur, tandis que Manchester a la moitié de ce chiffre (512 Ko chacun). Tous les processeurs disposent d'un cache L1 de 128 Ko et leur dissipation thermique maximale ne dépasse pas 110 W. Le noyau de Toledo se compose d'environ 233,2 millions de transistors et a une superficie d'environ 199 mètres carrés. mm. La zone centrale de Manchester est nettement plus petite : 147 mètres carrés. mm., le nombre de transistors est de 157 millions.

Processeurs Athlon64 X2 double cœur hérités de la prise en charge d'Athlon64 pour la technologie d'économie d'énergie Cool`n`Quiet, un ensemble d'extensions AMD64 64 bits, SSE - SSE3 et la fonction de protection des informations NX-bit.

Contrairement aux processeurs Intel dual-core qui fonctionnent uniquement avec la mémoire DDR2, l'Athlon64 X2 est capable de fonctionner à la fois avec la mémoire DDR400 (Socket 939), qui offre une bande passante maximale de 6,4 Go/s, et la DDR2-800 (Socket AM2), dont le débit maximal est de 12,8 Go/s.

Sur toutes les cartes mères assez modernes, les processeurs Athlon64 X2 fonctionnent sans aucun problème - contrairement à l'Intel Pentium D, ils n'imposent aucune exigence particulière sur la conception du module d'alimentation de la carte mère.

Jusqu'à tout récemment, l'AMD Athlon64 X2 était considéré comme le plus productif parmi les processeurs de bureau, mais avec la sortie d'Intel Core 2 Duo, la situation a radicalement changé - ces derniers sont devenus les leaders incontestés, notamment dans les applications de jeux et multimédia. De plus, les nouveaux processeurs Intel ont une consommation d'énergie inférieure et des mécanismes de gestion de l'énergie beaucoup plus efficaces.

AMD n'était pas satisfait de cet état de fait et en réponse, il a annoncé la sortie mi-2007 d'un nouveau processeur à 4 cœurs avec une microarchitecture améliorée, connu sous le nom de K8L. Tous ses cœurs auront des caches L2 séparés de 512 Ko chacun et un cache commun de niveau 3 de 2 Mo (dans les versions ultérieures du processeur, le cache L3 peut être augmenté). Perspective plus détaillée Architecture AMD K8L sera examiné dans l'un des prochains numéros de notre magazine.

Un noyau ou deux ?

Même un rapide coup d'œil sur l'état actuel du marché des processeurs de bureau indique que l'ère des processeurs monocœurs appartient progressivement au passé - les deux principaux fabricants mondiaux se sont tournés vers la production de processeurs principalement multicœurs. Cependant, le logiciel, comme cela s'est produit à plusieurs reprises auparavant, est toujours en retard par rapport au niveau de développement du matériel. En effet, afin d'utiliser pleinement les capacités de plusieurs cœurs de processeur, le logiciel doit être capable de se « diviser » en plusieurs threads parallèles traités simultanément. Ce n'est qu'avec cette approche qu'il devient possible de répartir la charge sur tous les cœurs de calcul disponibles, réduisant ainsi le temps de calcul plus qu'on ne pourrait le faire en augmentant la fréquence d'horloge. Alors que la grande majorité des programmes modernes ne sont pas capables d'utiliser toutes les capacités offertes par les processeurs dual-core ou, surtout, multi-core.

Quels types d'applications utilisateur peuvent être parallélisés le plus efficacement, c'est-à-dire sans traitement spécial du code du programme, ils vous permettent de sélectionner plusieurs tâches (threads de programme) qui peuvent être exécutées en parallèle et, ainsi, charger plusieurs cœurs de processeur avec du travail à une fois? Après tout, seules ces applications offrent une augmentation notable des performances grâce à l'introduction de processeurs multicœurs.

Les plus grands avantages du multitraitement proviennent d'applications qui permettent initialement une parallélisation naturelle des calculs avec partage de données, par exemple des progiciels de rendu informatique réalistes - 3DMax, etc. Vous pouvez également vous attendre à de bons gains de performances grâce au multitraitement dans les applications de codage. fichiers multimédia(audio et vidéo) d'un format à un autre. De plus, les tâches d'édition d'images 2D se prêtent bien à la parallélisation dans éditeurs graphiques comme le populaire Photoshop.

Ce n'est pas sans raison que les applications de toutes les catégories listées ci-dessus sont largement utilisées dans les tests lorsqu'elles souhaitent montrer les avantages du multitraitement virtuel Hyper-Threading. Et il n'y a rien à dire sur le véritable multitraitement.

Mais dans les applications de jeux 3D modernes, il ne faut pas s'attendre à une augmentation significative de la vitesse de la part de plusieurs processeurs. Pourquoi? Parce qu’un jeu informatique typique ne peut pas être facilement parallélisé en deux ou plusieurs processus. Par conséquent, le deuxième processeur logique n'effectuera, au mieux, que des tâches auxiliaires, ce qui n'apportera pratiquement aucun gain de performances. Et développer une version multithread d'un jeu dès le début est assez complexe et nécessite un travail considérable - parfois bien plus que la création d'une version monothread. Ces coûts de main-d'œuvre ne sont d'ailleurs peut-être pas encore rentables d'un point de vue économique. Après tout, les fabricants de jeux informatiques se concentrent traditionnellement sur la partie la plus répandue des utilisateurs et ne commencent à utiliser les nouvelles capacités du matériel informatique que si elles sont répandues. Cela se voit clairement dans l'utilisation des capacités des cartes vidéo par les développeurs de jeux. Par exemple, après l'apparition de nouvelles puces vidéo prenant en charge les technologies de shader, les développeurs de jeux pendant longtemps les a ignorés, se concentrant sur les possibilités de solutions de masse réduite. Ainsi, même les joueurs avancés qui ont acheté les cartes vidéo les plus sophistiquées de ces années-là n'ont pas obtenu de jeux normaux utilisant toutes leurs capacités. Une situation à peu près similaire avec les processeurs dual-core est observée aujourd'hui. Aujourd'hui, peu de jeux utilisent réellement la technologie HyperThreading, malgré le fait que les processeurs de masse qui la supportent sont en pleine production depuis plusieurs années maintenant.

Dans les applications bureautiques, la situation n'est pas aussi claire. Tout d'abord, les programmes de cette classe fonctionnent rarement seuls - une situation beaucoup plus courante est celle où plusieurs applications bureautiques exécutées en parallèle s'exécutent sur l'ordinateur. Par exemple, l'utilisateur travaille avec éditeur de texte, et en même temps le site Web est chargé dans le navigateur, ainsi que dans arrière-plan une recherche de virus est effectuée. De toute évidence, avoir plusieurs applications en cours d’exécution vous permet d’utiliser facilement plusieurs processeurs et d’obtenir une amélioration des performances. De plus, tout Versions Windows XP, y compris Home Edition (qui s'est vu initialement refuser la prise en charge des processeurs multicœurs), est déjà capable de tirer parti des processeurs double cœur en répartissant les threads de programme entre eux. Assurant ainsi une grande efficacité dans l’exécution de nombreux programmes d’arrière-plan.

Ainsi, on peut s'attendre à un certain effet même des applications bureautiques non optimisées si elles sont exécutées en parallèle, mais il est difficile de comprendre si un tel gain de performances vaut l'augmentation significative du coût d'un processeur dual-core. En plus, certain inconvénient Les processeurs double cœur (en particulier les processeurs Intel Pentium D) sont que les applications dont les performances sont limitées non pas par la puissance de traitement du processeur lui-même, mais par la vitesse d'accès à la mémoire, peuvent ne pas bénéficier autant de la présence de plusieurs cœurs.

Conclusion

Il ne fait aucun doute que l'avenir appartient définitivement aux processeurs multicœurs, mais aujourd'hui, alors que la plupart des logiciels existants ne sont pas optimisés pour les nouveaux processeurs, leurs avantages ne sont pas aussi évidents que les fabricants tentent de le montrer dans leurs supports promotionnels. Oui, un peu plus tard, lorsqu'il y aura une forte augmentation du nombre d'applications prenant en charge les processeurs multicœurs (cela concerne principalement les jeux 3D, dans lesquels les processeurs de nouvelle génération contribueront à soulager considérablement système graphique), les acheter serait conseillé, mais maintenant... On sait depuis longtemps qu'acheter des processeurs « pour la croissance » est loin d'être l'investissement le plus efficace.

D’un autre côté, les progrès sont rapides et, pour une personne normale, changer d’ordinateur chaque année est peut-être excessif. Ainsi, tous les propriétaires de systèmes assez modernes basés sur des processeurs monocœur ne devraient pas trop s'inquiéter dans un avenir proche - vos systèmes seront « au pair » pendant un certain temps, tandis que ceux qui envisagent d'acheter nouvel ordinateur, nous vous recommandons tout de même de porter votre attention sur des modèles juniors relativement peu coûteux de processeurs dual-core.

...au cours du processus de développement, le nombre de cœurs augmentera de plus en plus.

(Développeurs Intel)

Plus cœur, et aussi cœur, et bien d'autres encore cœur!..

...Jusqu'à récemment, nous n'avions pas entendu parler de multicœur processeurs, et aujourd'hui, ils remplacent de manière agressive les processeurs monocœur. Le boom des processeurs multicœurs a commencé, ce qui n'est encore que modeste ! – sont freinés par leurs prix relativement élevés. Mais personne ne doute que l’avenir réside dans les processeurs multicœurs !..

Qu'est-ce qu'un cœur de processeur

Au centre d'un microprocesseur central moderne ( Processeur– abbr. de l'anglais unité centrale de traitement– dispositif informatique central) est le noyau ( cœur) est un cristal de silicium d'une superficie d'environ un centimètre carré, sur lequel le schéma de circuit du processeur, appelé architecture (architecture de puce).

Le noyau est connecté au reste de la puce (appelé le « package » Paquet CPU) utilisant la technologie flip-chip ( puce à bascule, liaison par puce retournée– noyau inversé, fixation par la méthode du cristal inversé). Cette technologie tire son nom du fait que la partie du noyau tournée vers l'extérieur - visible - est en fait son "fond" - pour fournir un contact direct avec le dissipateur thermique du refroidisseur pour un meilleur transfert de chaleur. Au verso (invisible) se trouve « l’interface » elle-même – la connexion entre le cristal et l’emballage. La connexion entre le cœur du processeur et le packaging se fait à l'aide de broches pin ( Bosses de soudure).

Le noyau est situé sur une base en textolite, le long de laquelle des chemins de contact mènent aux « pattes » (plots de contact), remplis d'une interface thermique et recouverts d'un couvercle métallique de protection.

Le premier microprocesseur (bien sûr monocœur !) Intel 4004 a été introduit le 15 novembre 1971 par Intel Corporation. Il contenait 2 300 transistors, cadencés à 108 kHz, et coûtait 300 dollars.

Les exigences en matière de puissance de calcul du microprocesseur central n'ont cessé de croître et continuent de croître. Mais si les anciens fabricants de processeurs devaient constamment s’adapter aux demandes actuelles pressantes (toujours croissantes !) des utilisateurs, les fabricants de puces ont désormais une longueur d’avance !

Pendant longtemps, les améliorations des performances des processeurs monocœurs traditionnels étaient principalement dues à une augmentation constante de la fréquence d'horloge (environ 80 % des performances du processeur étaient déterminées par la fréquence d'horloge) tout en augmentant simultanément le nombre de transistors sur une seule puce. . Cependant, une nouvelle augmentation de la fréquence d'horloge (à une fréquence d'horloge supérieure à 3,8 GHz, les puces surchauffent tout simplement !) se heurte à un certain nombre de barrières physiques fondamentales (puisque le processus technologique s'approche presque de la taille d'un atome) : aujourd'hui, les processeurs sont produits à l'aide de la technologie 45 nm et la taille d'un atome de silicium est d'environ 0,543 nm) :

Premièrement, à mesure que la taille des cristaux diminue et que la fréquence d’horloge augmente, le courant de fuite des transistors augmente. Cela entraîne une augmentation de la consommation d'énergie et une augmentation de la production de chaleur ;

Deuxièmement, les avantages des vitesses d'horloge plus élevées sont partiellement annulés par la latence d'accès à la mémoire, car les temps d'accès à la mémoire ne suivent pas l'augmentation des vitesses d'horloge ;

Troisièmement, pour certaines applications, les architectures série traditionnelles deviennent inefficaces à mesure que les vitesses d'horloge augmentent en raison de ce que l'on appelle le « goulot d'étranglement de von Neumann », une limitation des performances résultant du flux de calcul séquentiel. Dans le même temps, les délais de transmission des signaux RC augmentent, ce qui constitue un goulot d'étranglement supplémentaire associé à une augmentation de la fréquence d'horloge.

L'utilisation de systèmes multiprocesseurs n'est pas non plus répandue, car elle nécessite des cartes mères multiprocesseurs complexes et coûteuses. Par conséquent, il a été décidé d’améliorer encore les performances des microprocesseurs par d’autres moyens. Le concept a été reconnu comme la direction la plus efficace multithreading, originaire du monde des superordinateurs, est le traitement parallèle simultané de plusieurs flux de commandes.

Alors au plus profond de l'entreprise Intel est né Technologie Hyper-Threading (HTT) est une technologie de traitement de données ultra-thread qui permet au processeur d'exécuter simultanément jusqu'à quatre threads de programme en parallèle sur un processeur monocœur. Hyper-threading améliore considérablement l'efficacité des applications gourmandes en ressources (par exemple, celles liées au montage audio et vidéo, 3D-simulation), ainsi que le fonctionnement de l'OS en mode multitâche.

Processeur Pentium4 avec inclus Hyper-threading en a un physique noyau divisé en deux logique, le système d'exploitation l'identifie donc comme deux processeurs différents (au lieu d'un).

Hyper-threading est en fait devenu un tremplin vers la création de processeurs avec deux cœurs physiques sur une seule puce. Dans une puce à 2 cœurs, deux cœurs (deux processeurs !) fonctionnent en parallèle, ce qui, à une fréquence d'horloge inférieure, fournit Ô de meilleures performances, puisque deux flux d'instructions indépendants sont exécutés en parallèle (simultanément !).

La capacité d'un processeur à exécuter plusieurs threads de programme simultanément est appelée parallélisme au niveau du thread (TLP – parallélisme au niveau du thread). Besoin de TLP Cela dépend de la situation spécifique (dans certains cas, c'est tout simplement inutile !).

Les principaux problèmes de création de processeurs

Chaque cœur de processeur doit être indépendant, avec une consommation électrique indépendante et une puissance contrôlable ;

Le marché des logiciels devrait être doté de programmes capables de diviser efficacement l'algorithme de branchement des instructions en un nombre pair (pour les processeurs avec un nombre pair de cœurs) ou impair (pour les processeurs avec un nombre impair de cœurs) de threads ;

…

Selon le service de presse DMLA, aujourd'hui, le marché des processeurs à 4 cœurs ne représente plus que 2 % du volume total. De toute évidence, pour un acheteur moderne, l'achat d'un processeur à 4 cœurs pour les besoins domestiques n'a toujours pas de sens pour de nombreuses raisons. Premièrement, il n'existe aujourd'hui pratiquement aucun programme capable de tirer parti efficacement de 4 threads fonctionnant simultanément ; deuxièmement, les fabricants positionner les processeurs à 4 cœurs comme Salut-End-solutions en ajoutant à l'équipement les cartes vidéo les plus modernes et les gros disques durs - et cela augmente finalement le coût de déjà coûteux …

Développeurs Intel ils disent : « …au cours du processus de développement, le nombre de cœurs deviendra de plus en plus… ».

Ce qui nous attend dans le futur

Dans une société Intel ils ne parlent plus de « Multi-core » ( Multicœur) processeurs, comme cela se fait pour les solutions à 2, 4, 8, 16 ou même 32 cœurs, mais à propos du « Multi-core » ( Plusieurs cœurs), impliquant une toute nouvelle macrostructure architecturale de la puce, comparable (mais pas similaire) à l'architecture du processeur Cellule.

La structure d'un tel Plusieurs cœurs-chip implique de travailler avec le même ensemble d'instructions, mais en utilisant un noyau central puissant ou plusieurs puissants Processeur, « entouré » de nombreux cœurs auxiliaires, qui permettront de traiter plus efficacement des applications multimédias complexes en mode multithread. En plus des cœurs « à usage général », les processeurs Intel disposera également de noyaux spécialisés pour effectuer diverses classes de tâches, telles que les graphiques, les algorithmes de reconnaissance vocale et le traitement des protocoles de communication.

C'est exactement l'architecture présentée par Justin Rattner ( Justin R. Rattner), chef de secteur Groupe technologique d'entreprise Intel, lors d'une conférence de presse à Tokyo. Selon lui, un nouveau processeur multicœur pourrait contenir plusieurs dizaines de cœurs auxiliaires de ce type. Contrairement à l'accent mis sur les grands cœurs de calcul énergivores et à forte dissipation thermique, les cristaux multicœurs Intel activera uniquement les cœurs nécessaires pour terminer la tâche en cours, tandis que les cœurs restants seront désactivés. Cela permettra au cristal de consommer exactement autant d'électricité que nécessaire. à l'heure actuelle temps.

En juillet 2008, la société Intel a indiqué qu'il envisageait la possibilité d'intégrer plusieurs dizaines, voire milliers de cœurs de calcul dans un seul processeur. Ingénieur principal de la société Envar Galum ( Anwar Ghuloum) a écrit sur son blog : "En fin de compte, je recommande de suivre les conseils suivants de ma part... Les développeurs devraient commencer à penser à des dizaines, des centaines et des milliers de cœurs dès maintenant." Selon lui, à l'heure actuelle Intel explore des technologies qui pourraient faire évoluer l’informatique « en fonction du nombre de cœurs que nous ne vendons pas encore ».

En fin de compte, le succès des systèmes multicœurs dépendra des développeurs, qui devront probablement changer de langage de programmation et réécrire les bibliothèques existantes, a déclaré Galum.

Il est impossible de comprendre ce problème sans savoir ce qu'est un processeur à 4 cœurs. Avec les processeurs simple, double et triple cœur, tout est simple : ils ont respectivement un, deux ou trois cœurs. Quant au 4 cœurs, tout n'est pas comme il y paraît à première vue.

Processeur 2 ou 4 cœurs ?

La plupart des gens font l’erreur de penser que la fréquence de chaque noyau s’additionne. Puisque la fréquence des cœurs est de 2,5 GHz et qu'il y a 4 cœurs, cela signifie 2,5 * 4 = 10 GHz. Mais ce n'est pas le cas : la fréquence est toujours la même - 2,5 GHz. Pourquoi la fréquence ne s'additionne-t-elle pas ? Car chaque processeur fonctionne en parallèle à cette fréquence.

Une portion est une portion de temps pour le calcul de laquelle le processeur alloue des ressources à tous les threads entrant dans le processeur. C'est comme 4 autoroutes avec une vitesse maximale de 60 km/h (2,5 GHz) : nous avons des camions qui doivent nous livrer des marchandises (ce sont nos morceaux de programme ou des portions de programme), et pour que nous puissions augmenter la vitesse de livraison (augmenter les performances du système), nous devons utiliser les 4 autoroutes ou augmenter la vitesse maximale (3,0 GHz). Mais pour la plupart des programmes, il est impossible de travailler dans plusieurs threads, car ils fonctionnent dans un seul thread et ne peuvent utiliser qu'une seule autoroute (ce qui signifie que notre programme ne se verra allouer que 25 % de la puissance totale du processeur) car dans le programme la logique doit être exécuté séquentiellement (thread), et si vous interrompez la séquence, la logique se brisera, ce qui entraînera des échecs. Les nouveaux programmes tentent d'utiliser la multiprogrammation - la possibilité de travailler dans plusieurs threads (nos autoroutes), et non dans un seul, comme la plupart des programmes actuels. Les jeux, pour la plupart, sont également optimisés pour le multithreading, mais le thread principal s'exécute généralement sur un seul. Bien que maintenant ils essaient de le diviser en plusieurs pour le rendre plus facile et plus rapide. Par conséquent, pour les jeux ou les applications qui s'exécutent généralement sur un ou deux threads, il est préférable de prendre un processeur à 2 cœurs.

Si la fréquence d'un dual-core est la même que celle d'un quad-core, alors il est bien sûr préférable de prendre un quad-core, car nous avons un grand nombre de programmes exécutés en même temps, bien qu'avec une charge faible. Nous gagnerons en performances du système grâce au fait que tous les autres processus peuvent être préemptés vers un autre cœur lorsque l'un d'eux est complètement chargé. Mais généralement, la fréquence des nouveaux processeurs dual-core est supérieure à celle des nouveaux quad-core. C'est pourquoi, lors des tests dans les jeux, ceux à 2 cœurs avec une fréquence plus élevée gagnent ceux à 4 cœurs avec une fréquence plus basse.

Parlons maintenant des files d'attente :

Comprenons maintenant que lors du passage du monocœur au dual-core, la vitesse augmente plus rapidement non seulement en raison du traitement simultané par les cœurs, mais également en raison de l'attente et de la file d'attente sur le processeur.

La fréquence d'un processeur monocœur et d'un processeur double cœur est la même, mais l'ordinateur fonctionne plus rapidement avec 2 cœurs. Le fait est qu'en multiprogrammation, lorsqu'une transition est effectuée du monocœur au dual-core, la vitesse augmente considérablement. Et la multiprogrammation fonctionne avec des threads. Imaginons 2 threads, par exemple, Windows fonctionne et courir jeu informatique. Si nous avons un noyau, alors le jeu (partie) puis le travail Windows (partie) sont traités séquentiellement. Les processus doivent faire la queue, c'est-à-dire que lorsqu'un « morceau » du jeu est traité, Windows doit attendre la fin du traitement du jeu (partie du jeu). Lorsque nous passons à 2 cœurs, même avec la même fréquence qu'un monocœur, l'ordinateur démarre le traitement plus rapidement, puisque la file d'attente est réduite de 2 fois.

Je vais expliquer plus en détail en utilisant l'exemple de 100 candidatures. Si nous avons 1 cœur, alors 1 candidature est traitée, les 99 restantes attendent leur tour. Et plus la file d’attente est longue, plus les mises à jour prennent du temps, et on sent alors que notre système ralentit. Et quand on a 2 cœurs, la file d'attente est divisée en deux, soit 50 applications sur l'un et 50 sur l'autre, il est donc plus simple et plus rapide de les mettre à jour. Il est important de savoir que la file d'attente devient plus petite et que nos applications sont mises à jour plus rapidement.

Pour tester le thread, exécutez winrar pour compresser un fichier volumineux et regardez dans le gestionnaire (il compresse en un seul thread) la quantité de ressources CPU qu'il utilisera (25 % sur 4 cœurs et 50 % sur 2 cœurs). Il s'ensuit que notre jeu, s'il s'exécute en un seul thread sur un processeur quad-core, se verra attribuer 25 % de la puissance du processeur, 50 % s'il est sur un processeur dual-core. Dans les jeux, nous avons le multithreading, mais le thread principal du jeu sera toujours traité par un quart du processeur (dans un processeur quad-core).

Tout a été considéré de manière simplifiée : un 2 cœurs avec une fréquence plus élevée est mieux adapté aux jeux, car plus de fréquence est allouée à un thread, et un 4 cœurs convient aux données multithreads, par exemple, de nombreuses applications en cours d'exécution simultanément.

Le processeur i5 à 2 cœurs dispose d'une technologie qui lui permet de simuler le fonctionnement du système comme avec un processeur à 4 cœurs. En fait, il n'y a que 2 cœurs, mais pour Windows le fonctionnement de 4 cœurs est simulé. 4 files d'attente (threads) 2 files d'attente (threads) par cœur sont traitées à tour de rôle. Chaque cœur prend une partie de chacun des threads, c'est-à-dire qu'il peut être quad-core.

La course aux performances supplémentaires sur le marché des processeurs ne peut être gagnée que par les fabricants qui, sur la base des technologies de production actuelles, peuvent assurer un équilibre raisonnable entre la vitesse d'horloge et le nombre de cœurs de traitement. Grâce au passage aux procédés de fabrication 90 et 65 nm, il est devenu possible de créer des processeurs dotés d'un grand nombre de cœurs. Dans une large mesure, cela était dû aux nouvelles capacités d'ajustement de la dissipation thermique et de la taille des cœurs, c'est pourquoi nous assistons aujourd'hui à l'émergence d'un nombre croissant de processeurs quadricœurs. Mais qu’en est-il des logiciels ? Dans quelle mesure évolue-t-il de un à deux ou quatre cœurs ?

Dans un monde idéal, les programmes optimisés pour le multithreading permettent au système d'exploitation de distribuer plusieurs threads sur les cœurs de traitement disponibles, qu'il s'agisse d'un seul processeur ou de plusieurs processeurs, monocœurs ou multicœurs. L'ajout de nouveaux cœurs permet des gains de performances supérieurs à toute augmentation de la vitesse d'horloge. Cela est en fait logique : un plus grand nombre de travailleurs accompliront presque toujours une tâche plus rapidement qu'un nombre moins élevé de travailleurs plus rapides.

Mais est-il judicieux d’équiper les processeurs de quatre cœurs, voire plus ? Y a-t-il suffisamment de travail pour charger quatre cœurs ou plus ? N'oubliez pas qu'il est très difficile de répartir le travail entre les cœurs pour que les interfaces physiques telles que HyperTransport (AMD) ou Front Side Bus (Intel) ne deviennent pas un goulot d'étranglement. Il existe une troisième option : le mécanisme qui répartit la charge entre les cœurs, à savoir le gestionnaire d'OS, peut également devenir un goulot d'étranglement.

La transition d'AMD du simple au double cœur s'est déroulée presque sans problème, car la société n'a pas augmenté l'enveloppe thermique à des niveaux extrêmes, comme elle l'a fait avec les processeurs Intel Pentium 4. Par conséquent, les processeurs Athlon 64 X2 étaient chers, mais tout à fait raisonnables, ainsi que le Pentium. La ligne D 800 était réputée pour son travail à chaud. Mais les processeurs Intel 65 nm et, en particulier, la gamme Core 2 ont changé la donne. Intel a réussi à combiner deux processeurs Core 2 Duo dans un seul boîtier, contrairement à AMD, ce qui a donné naissance au Core 2 Quad moderne. AMD promet de lancer ses propres processeurs quad-core Phenom X4 d'ici la fin de cette année.

Dans notre article, nous examinerons la configuration Core 2 Duo avec quatre cœurs, deux cœurs et un cœur. Et voyons dans quelle mesure les performances évoluent. Vaut-il la peine de passer à quatre cœurs aujourd’hui ?

Un noyau

Le terme « monocœur » fait référence à un processeur doté d’un seul cœur de calcul. Cela inclut presque tous les processeurs depuis le début de l'architecture 8086 jusqu'à l'Athlon 64 et l'Intel Pentium 4. Jusqu'à ce que le processus de fabrication devienne suffisamment fin pour créer deux cœurs de calcul sur une seule puce, la transition vers une technologie de processus plus petite était utilisée pour réduire tension de fonctionnement, augmentez les vitesses d'horloge ou ajoutez des blocs fonctionnels et de la mémoire cache.

L'exécution d'un processeur monocœur à des vitesses d'horloge élevées peut offrir de meilleures performances pour une seule application, mais un tel processeur ne peut exécuter qu'un seul programme (thread) à la fois. Intel a mis en œuvre le principe Hyper-Threading, qui émule la présence de plusieurs cœurs pour système opérateur. La technologie HT permet un meilleur chargement des convoyeurs longs Processeurs Pentium 4 et Pentium D. Bien sûr, l'augmentation des performances était faible, mais la réactivité du système était nettement meilleure. Et dans un environnement multitâche, cela peut être encore plus important, puisque vous pouvez effectuer certains travaux pendant que votre ordinateur travaille sur une tâche spécifique.

Étant donné que les processeurs double cœur sont très bon marché de nos jours, nous ne recommandons pas d'opter pour des processeurs monocœur, sauf si vous souhaitez économiser chaque centime.

Le processeur Core 2 Extreme X6800 était le plus rapide de la gamme Intel Core 2 au moment de sa sortie, fonctionnant à 2,93 GHz. Aujourd'hui, les processeurs dual-core ont atteint 3,0 GHz, bien qu'à plus haute fréquence pneus FSB1333.

La mise à niveau vers deux cœurs de processeur signifie deux fois la puissance de traitement, mais uniquement sur les applications optimisées pour le multithread. Généralement, ces applications incluent programmes professionnels qui ont besoin d’une puissance de calcul élevée. Mais un processeur dual-core a toujours du sens, même si vous n'utilisez votre ordinateur que pour e-mail, naviguer sur Internet et travailler avec des documents bureautiques. D'une part, les modèles modernes de processeurs dual-core ne consomment pas beaucoup plus d'énergie que les modèles monocœur. D'un autre côté, le deuxième cœur de calcul ajoute non seulement des performances, mais améliore également la réactivité du système.

Avez-vous déjà attendu que WinRAR ou WinZIP termine la compression des fichiers ? Sur une machine monocœur, il est peu probable que vous puissiez basculer rapidement entre les fenêtres. Même la lecture de DVD peut peser autant sur un seul cœur qu'une tâche complexe. Le processeur dual-core facilite l'exécution simultanée de plusieurs applications.

Double cœur Processeurs AMD contiennent deux cœurs à part entière avec mémoire cache, un contrôleur de mémoire intégré et un commutateur croisé qui fournit un accès partagé à la mémoire et à l'interface HyperTransport. Intel a suivi un chemin similaire au premier Pentium D, en installant deux cœurs Pentium 4 dans le processeur physique. Puisque le contrôleur de mémoire fait partie du chipset, le bus système doit être utilisé à la fois pour la communication entre les cœurs et pour accéder à la mémoire, ce qui est nécessaire. impose certaines limites aux performances. Le processeur Core 2 Duo est doté de cœurs plus avancés qui offrent de meilleures performances par horloge et de meilleures performances par watt. Les deux cœurs partagent un cache L2 commun, qui permet l'échange de données sans utiliser le bus système.

Le processeur Core 2 Quad Q6700 fonctionne à 2,66 GHz, utilisant deux cœurs Core 2 Duo à l'intérieur.

S'il existe aujourd'hui de nombreuses raisons de passer aux processeurs dual-core, alors les quatre cœurs ne semblent pas encore aussi convaincants. L'une des raisons est l'optimisation limitée des programmes pour plusieurs threads, mais il existe également certains problèmes architecturaux. Bien qu'AMD critique aujourd'hui Intel pour avoir intégré deux puces double cœur dans un seul processeur, le considérant comme un « vrai » processeur quadricœur, l'approche d'Intel fonctionne bien car les processeurs offrent en réalité des performances quadricœurs. Du point de vue de la fabrication, il est plus facile d'obtenir des rendements de filière élevés et de produire davantage de produits avec de petits noyaux qui peuvent ensuite être assemblés pour créer un nouveau produit plus puissant dans le cadre d'un nouveau processus. En ce qui concerne les performances, il existe des goulots d'étranglement : deux cristaux communiquent entre eux via le bus système, il est donc très difficile de gérer plusieurs cœurs répartis sur plusieurs cristaux. Bien que le fait d'avoir plusieurs matrices permette de meilleures économies d'énergie et que les fréquences de base individuelles puissent être ajustées pour répondre aux besoins de l'application.

Les véritables processeurs quadricœurs utilisent quatre cœurs qui, avec la mémoire cache, sont situés sur une seule puce. Ce qui est important ici, c'est la présence d'un cache unifié commun. AMD mettra en œuvre cette approche en équipant 512 Ko de cache L2 sur chaque cœur et en ajoutant du cache L3 à tous les cœurs. L'avantage d'AMD est qu'il sera possible de désactiver certains cœurs et d'en accélérer d'autres pour obtenir de meilleures performances pour les applications monothread. Intel suivra le même chemin, mais pas avant d'introduire l'architecture Nehalem en 2008.

Utilitaires de sortie informations système, comme CPU-Z, vous permettent de connaître le nombre de cœurs et la taille du cache, mais pas la disposition du processeur. Vous ne saurez pas que le Core 2 Quad (ou le quad-core Extreme Edition présenté dans la capture d'écran) se compose de deux cœurs.

L’industrie informatique moderne ne reste pas immobile. Presque tous les ordinateurs sont déjà équipés de processeurs multicœurs. Mais tout le monde ne sait pas en quoi ils diffèrent de leurs homologues monocœurs, qui appartiennent au passé. Parfois, lors d'un achat, une personne s'efforce d'acheter un nouveau produit, mais elle ne réalise pas son importance et dépense de l'argent pour quelque chose qui ne lui apportera pas d'avantages significatifs.
Pour comprendre la nécessité d'acheter un processeur avec un ou deux cœurs, vous devez comprendre la différence entre les deux options, auquel cas chacune d'elles est meilleure.

Caractéristiques de la structure des processeurs monocœur

Tout le monde sait que la puissance et la vitesse de tout ordinateur personnel Tout d’abord, cela dépend du processeur central. Par conséquent, plus la fréquence du processeur est élevée, plus l'exécution des commandes utilisateur est rapide. Les opérations sur les données sont effectuées par le cœur du processeur.

Aux hautes fréquences, la vitesse d'exécution d'une commande est importante, donc même avec un processeur monocœur, il semble à l'utilisateur que les programmes sont exécutés en parallèle. En réalité, tous les programmes sont placés dans une file d’attente qui se déplace à très grande vitesse.

Les caractéristiques architecturales des processeurs monocœur peuvent être considérées :

• Une structure avec séparation complète des commandes et des données.
• Architecture scalaire, qui permet d'exécuter plusieurs commandes en parallèle sur différents appareils.
• Modification de la séquence des commandes de type dynamique lorsque le principe avancé fonctionne.
• Les commandes sont utilisées comme un convoyeur.
• La direction des branches d'exécution est prévisible.

Je voudrais noter que malgré l'apparition de plus en plus de processeurs dual-core, les options monocœur sont constamment affinées et améliorées. Par conséquent, certains modèles de processeurs dotés d'un seul cœur ne sont pas toujours inférieurs en performances à ceux d'un successeur double cœur.

Caractéristiques des processeurs dual-core

Si, en général, nous parlons du fonctionnement d'un processeur à deux cœurs par rapport à son homologue monocœur, alors nous pouvons tout expliquer exemple simple. Par exemple, un utilisateur copie des fichiers, mais décide en même temps de regarder un film. Il lui semble que les deux opérations sont effectuées simultanément, mais lorsqu'un processeur monocœur est en cours d'exécution, ces actions se produisent séquentiellement, car la fréquence d'exécution des commandes est très élevée, c'est ce qui crée ce sentiment. Mais avec un processus dual-core, ces opérations se déroulent en réalité simultanément.

Il convient de noter que l'architecture d'un processeur dual-core est similaire à la structure des multiprocesseurs symétriques, lorsque deux processeurs sont utilisés sur une seule carte. Il existe bien sûr certaines différences, mais le principe de fonctionnement est similaire.

Les processeurs double cœur fonctionnent plus efficacement lorsque vous travaillez avec des applications multithread ; c'est là que les performances les plus élevées sont obtenues. Puisque de nombreuses tâches sont réparties entre deux cœurs pour leur exécution. Cette répartition permet de réduire la consommation d'énergie. Après tout, c'est ce facteur qui ralentit le développement des processeurs monocœur.

Quelles sont les différences entre un processeur dual-core

Lors de l'étude de l'architecture des processeurs monocœur et dual-core, une longue liste de différences peut être identifiée :

• Si vous n'exécutez pas d'applications multithread complexes ou plusieurs en même temps, les différences de performances d'un processeur avec un ou deux cœurs ne seront pas aussi perceptibles et perceptibles.
• Un processeur dual-core dispose également d’une mémoire cache partagée.
• Avoir un processeur dual-core présente un avantage significatif, car si un cœur tombe en panne, le deuxième cœur prendra sur lui toute la charge.
• Le processeur dual-core dispose d'une grande mémoire cache et d'une grande fréquence.

Il convient de noter qu'un processeur dual-core à la maison ne peut pas toujours montrer tout son potentiel, car de nombreuses applications créées ne sont pas adaptées à un tel processeur central. Il convient de noter qu'en raison de la présence de deux cœurs, le processeur a une structure de 64 bits. Et beaucoup programmes modernes sont conçus pour une structure 32 bits et vous ne devez pas vous attendre à une augmentation de la vitesse de fonctionnement de leur part.

Avantages de l'utilisation de processeurs dual-core

Connaissant les caractéristiques structurelles et les différences significatives entre les processeurs à un et deux cœurs, nous pouvons souligner les principaux avantages de l'utilisation de processeurs dual-core :

1. Performances rapides du navigateur lors du chargement et de l’affichage.
2. Hautes performances dans les applications de jeux.
3. Lorsque vous travaillez en mode multi-valeurs, la vitesse de plusieurs threads augmente.
4. Hautes performances et fonctionnement fluide.
5. Réduisez la consommation d’énergie tout en augmentant la productivité.

En conclusion, on peut conclure qu'un processeur à un ou deux cœurs présente des différences significatives, tant dans son fonctionnement que dans son architecture.

Bien entendu, il est clair qu’un processeur doté de deux cœurs ou plus sera plus productif. Pour un usage domestique, en principe, il n’est pas indispensable d’acheter un ordinateur doté d’un seul processeur. Mais si vous avez la capacité financière d’acheter un ordinateur doté de deux processeurs, cela vaut la peine de l’acheter. Après tout, le monde de l’information ne reste pas immobile. Les programmes sont en cours de finalisation, la technologie est améliorée. Chaque jour, de plus en plus produits logiciels conçu pour fonctionner avec des systèmes 64 bits.