Modulul de căutare nu este instalat.

Single core sau dual core?

Victor Kuts

Cel mai semnificativ eveniment recent din domeniul microprocesoarelor a fost disponibilitatea pe scară largă a procesoarelor echipate cu două nuclee de calcul. Trecerea la o arhitectură dual-core se datorează faptului că metodele tradiționale de creștere a performanței procesorului s-au epuizat complet - procesul de creștere a frecvențelor de ceas în în ultima vreme stagnat.

De exemplu, în ultimul an înainte de apariția procesoarelor dual-core, Intel a reușit să crească frecvențele procesoarelor sale cu 400 MHz, iar AMD și mai puțin - cu doar 200 MHz. Alte metode de îmbunătățire a performanței, cum ar fi creșterea vitezei autobuzului și a dimensiunii memoriei cache, și-au pierdut, de asemenea, eficacitatea anterioară. Astfel, introducerea procesoarelor dual-core, care au două nuclee de procesor într-un singur cip și împart sarcina, s-a dovedit acum a fi cel mai logic pas pe calea complexă și spinoasă a creșterii performanței computerelor moderne.

Ce reprezintă procesor dual core? În principiu, un procesor dual-core este un sistem SMP (Symmetric MultiProcessing; un termen care desemnează un sistem cu mai multe procesoare egale) și nu este în esență diferit de un sistem obișnuit cu dual procesor format din două procesoare independente. Astfel obținem toate beneficiile sistemelor cu procesor dublu fără a fi nevoie de sisteme cu procesor dublu complexe și foarte costisitoare. plăci de bază.

Înainte de aceasta, Intel făcuse deja o încercare de a paraleliza instrucțiunile în curs de execuție - vorbim de tehnologia HyperThreading, care asigură împărțirea resurselor unui procesor „fizic” (cache, pipeline, unități de execuție) între două procesoare „virtuale” . Câștigul de performanță (în aplicațiile individuale optimizate pentru HyperThreading) a fost de aproximativ 10-20%. În timp ce un procesor dual-core cu drepturi depline, care include două nuclee fizice „cinstite”, oferă o creștere a performanței sistemului cu 80-90% și chiar mai mult (în mod firesc, cu utilizarea deplină a capacităților ambelor nuclee).

Principalul inițiator în promovarea procesoarelor dual-core a fost AMD, care la începutul anului 2005 a lansat primul procesor de server dual-core Opteron. În ceea ce privește procesoarele desktop, inițiativa a fost preluată de Intel, care a anunțat cam în aceeași perioadă procesoare Intel Pentium D și Intel Extreme Edition. Adevărat, anunțul unei linii similare de procesoare Athlon64 X2 produse de AMD a întârziat doar câteva zile.

Procesoare Intel dual-core

Primele procesoare Intel Pentium D 8xx dual-core au fost bazate pe nucleul Smithfield, care nu este altceva decât două nuclee Prescott combinate pe un cip semiconductor. Un arbitru este, de asemenea, amplasat acolo, care monitorizează starea magistralei de sistem și ajută la împărțirea accesului la acesta între nuclee, fiecare dintre ele având propriul cache de nivel al doilea de 1 MB. Dimensiunea unui astfel de cristal, realizat folosind o tehnologie de proces de 90 nm, a ajuns la 206 metri pătrați. mm, iar numărul de tranzistori se apropie de 230 de milioane.

Pentru utilizatorii avansați și entuziaști, Intel oferă procesoare Pentium Extreme Edition, care diferă de Pentium D prin suportul tehnologiei HyperThreading (și un multiplicator deblocat), datorită cărora sunt detectate de sistemul de operare ca patru procesoare logice. Toate celelalte funcții și tehnologii ale ambelor procesoare sunt complet aceleași. Printre acestea se numără suportul pentru setul de instrucțiuni EM64T pe 64 de biți (x86-64), tehnologiile de economisire a energiei EIST (Enhanced Intel SpeedStep), C1E (Enhanced Halt State) și TM2 (Thermal Monitor 2), precum și informațiile NX-bit. functie de protectie. Astfel, diferența considerabilă de preț dintre procesoarele Pentium D și Pentium EE este în mare măsură artificială.

În ceea ce privește compatibilitatea, procesoarele bazate pe nucleul Smithfield pot fi instalate potențial pe orice placă de bază LGA775, atâta timp cât îndeplinește cerințele Intel pentru modulul de alimentare al plăcii.

Dar prima clătită, ca de obicei, a fost un dezastru - în multe aplicații (dintre care majoritatea nu sunt optimizate pentru multi-threading), procesoarele Pentium D dual-core nu numai că nu au depășit procesoarele Prescott single-core care rulează la aceeași frecvență de ceas. , dar uneori chiar pierdut în fața lor. Evident, problema constă în interacțiunea nucleelor ​​prin intermediul magistralei procesorului Quad Pumped Bus (la dezvoltarea nucleului Prescott, nu a fost luată nicio prevedere pentru scalarea performanței acestuia prin creșterea numărului de nuclee).

Pentru a elimina deficiențele primei generații de procesoare Intel dual-core, au fost apelate la procesoare bazate pe nucleul Presler de 65 nm (două nuclee separate Cedar Mill situate pe același substrat), care au apărut chiar la începutul acestui an. . Un proces tehnic mai „fin” a făcut posibilă reducerea ariei nucleelor ​​și a consumului lor de energie, precum și creșterea frecvențelor de ceas. Procesoarele dual-core bazate pe nucleul Presler au fost numite Pentium D cu indici 9xx. Dacă comparăm procesoarele din seriile Pentium D 800 și 900, pe lângă o reducere vizibilă a consumului de energie, noile procesoare au dublat cache-ul de al doilea nivel (2 MB per nucleu în loc de 1 MB) și suport pentru promițătoarea tehnologie de virtualizare Vanderpool ( Tehnologia de virtualizare Intel). În plus, procesorul Pentium Extreme Edition 955 a fost lansat cu tehnologia HyperThreading activată și care funcționează la o frecvență magistrală de sistem de 1066 MHz.

Oficial, procesoarele bazate pe nucleul Presler cu o frecvență de magistrală de 1066 MHz sunt compatibile doar cu plăcile de bază bazate pe chipset-uri din seriile i965 și i975X, în timp ce Pentium D de 800 MHz va funcționa pe toate în majoritatea cazurilor. plăci de bază, sprijinind acest autobuz. Dar, din nou, se pune întrebarea cu privire la alimentarea acestor procesoare: pachetul termic al Pentium EE și Pentium D, cu excepția modelului mai tânăr, este de 130 W, ceea ce este cu aproape o treime mai mult decât cel al Pentium 4. Potrivit Intel însuși, funcționarea stabilă a unui sistem dual-core este posibilă numai atunci când se utilizează surse de alimentare cu o putere de cel puțin 400 W.

Cele mai eficiente procesoare Intel dual-core desktop moderne sunt, fără îndoială, Intel Core 2 Duo și Core 2 eXtreme (nucleu Conroe). Arhitectura lor dezvoltă principiile de bază ale arhitecturii familiei P6, cu toate acestea, numărul de inovații fundamentale este atât de mare încât este timpul să vorbim despre o nouă, a 8-a generație de arhitectură de procesor (P8) Intel. În ciuda vitezei mai mici de ceas, acestea depășesc semnificativ familia de procesoare P7 (NetBurst) în performanță în marea majoritate a aplicațiilor - în primul rând datorită creșterii numărului de operațiuni efectuate în fiecare ciclu de ceas, precum și prin reducerea pierderilor cauzate de lungimea mare a conductei P7.

Procesoarele desktop ale liniei Core 2 Duo sunt disponibile în mai multe versiuni:
- seria E4xxx - FSB 800 MHz, 2 MB cache L2 comun ambelor nuclee;
- seria E6xxx - FSB 1066 MHz, dimensiune cache 2 sau 4 MB;
- Seria X6xxx (eXtreme Edition) - FSB 1066 MHz, dimensiune cache 4 MB.

Codul litera „E” indică intervalul de consum de energie de la 55 la 75 de wați, „X” - peste 75 de wați. Core 2 eXtreme diferă de Core 2 Duo doar prin frecvența sa crescută de ceas.

Toate procesoarele Conroe folosesc un Quad Pumped Bus și un soclu LGA775 bine dezvoltat. Ceea ce, însă, nu înseamnă compatibilitate cu plăcile de bază mai vechi. Pe lângă faptul că acceptă viteze de ceas de 1067 MHz, plăcile de bază pentru procesoare noi trebuie să includă un nou modul de reglare a tensiunii (VRM 11). Aceste cerințe sunt îndeplinite în principal de versiunile actualizate ale plăcilor de bază bazate pe Chipset-uri Intel Seriile 975 și 965, precum și NVIDIA nForce 5xx Intel Edition și ATI Xpress 3200 Intel Edition.

În următorii doi ani, procesoarele Intel de toate clasele (mobile, desktop și server) se vor baza pe arhitectura Intel Core, iar dezvoltarea principală va fi în direcția creșterii numărului de nuclee pe un cip și îmbunătățirii interfețelor externe ale acestora. . În special, pentru piața desktop, acest procesor va fi Kentsfield - primul procesor quad-core de la Intel pentru segmentul PC-urilor desktop de înaltă performanță.

Procesoare AMD dual-core

Linia de procesoare dual-core AMD Athlon 64 X2 utilizează două nuclee (Toledo și Manchester) în interiorul unei singure matrițe, fabricate folosind o tehnologie de proces de 90 nm folosind tehnologia SOI. Fiecare dintre nucleele Athlon 64 X2 are propriul său set de actuatoare și un cache dedicat de nivel al doilea, care împart un controler de memorie și un controler de magistrală HyperTransport. Diferențele dintre nuclee sunt în dimensiunea cache-ului de al doilea nivel: Toledo are un cache L2 de 1 MB per nucleu, în timp ce Manchester are jumătate din această cifră (512 KB fiecare). Toate procesoarele au un cache L1 de 128 KB, iar disiparea maximă a căldurii lor nu depășește 110 W. Nucleul Toledo este format din aproximativ 233,2 milioane de tranzistori și are o suprafață de aproximativ 199 de metri pătrați. mm. Zona centrală din Manchester este vizibil mai mică - 147 de metri pătrați. mm., numărul de tranzistori este de 157 milioane.

Procesoarele Athlon64 X2 dual-core moștenite de la suportul Athlon64 pentru tehnologia de economisire a energiei Cool`n`Quiet, un set de extensii AMD64 pe 64 de biți, SSE - SSE3 și funcție de protecție a informațiilor pe biți NX.

Spre deosebire de procesoarele Intel dual-core care funcționează doar cu memorie DDR2, Athlon64 X2 este capabil să funcționeze atât cu memoria DDR400 (Socket 939), care oferă o lățime de bandă maximă de 6,4 GB/s, cât și cu DDR2-800 (Socket AM2), a cărei debitul maxim este de 12,8 GB/s.

Pe toate plăcile de bază destul de moderne, procesoarele Athlon64 X2 funcționează fără probleme - spre deosebire de Intel Pentium D, acestea nu impun nicio cerință specifică asupra designului modulului de alimentare al plăcii de bază.

Până de curând, AMD Athlon64 X2 era considerat cel mai productiv dintre procesoarele desktop, dar odată cu lansarea Intel Core 2 Duo situația s-a schimbat radical - aceștia din urmă au devenit lideri de necontestat, în special în aplicațiile de gaming și multimedia. În plus, noile procesoare Intel au un consum mai mic de energie și mecanisme de gestionare a energiei mult mai eficiente.

AMD nu a fost mulțumit de această stare de lucruri și, ca răspuns, a anunțat lansarea la mijlocul anului 2007 a unui nou procesor cu 4 nuclee cu o microarhitectură îmbunătățită, cunoscut sub numele de K8L. Toate nucleele sale vor avea cache L2 separate de 512 KB fiecare și un cache comun de nivel 3 de 2 MB (în versiunile ulterioare ale procesorului, memoria cache L3 poate fi mărită). Perspectivă mai detaliată Arhitectura AMD K8L va fi revizuit într-unul dintre numerele viitoare ale revistei noastre.

Un nucleu sau două?

Chiar și o privire scurtă asupra stării actuale a pieței procesoarelor desktop indică faptul că era procesoarelor cu un singur nucleu devine treptat un lucru din trecut - ambii producători de top din lume au trecut la producerea în principal de procesoare multi-core. Cu toate acestea, software-ul, așa cum s-a întâmplat de mai multe ori înainte, rămâne încă în urmă cu nivelul de dezvoltare hardware. Într-adevăr, pentru a utiliza pe deplin capacitățile mai multor nuclee de procesor, software-ul trebuie să fie capabil să se „împartă” în mai multe fire paralele procesate simultan. Doar cu această abordare devine posibilă distribuirea sarcinii pe toate nucleele de calcul disponibile, reducând timpul de calcul mai mult decât s-ar putea face prin creșterea frecvenței de ceas. În timp ce marea majoritate a programelor moderne nu sunt capabile să utilizeze toate capabilitățile oferite de procesoarele dual-core sau, mai ales, multi-core.

Ce tipuri de aplicații utilizator pot fi paralelizate cel mai eficient, adică fără procesarea specială a codului programului, acestea vă permit să selectați mai multe sarcini (fire de execuție de program) care pot fi executate în paralel și, astfel, să încărcați mai multe nuclee de procesor cu lucru la dată? La urma urmei, doar astfel de aplicații oferă o creștere vizibilă a performanței de la introducerea procesoarelor multi-core.

Cele mai mari beneficii ale multiprocesării provin din aplicațiile care permit inițial paralelizarea naturală a calculelor cu partajarea datelor, de exemplu, pachete realiste de randare pe computer - 3DMax și altele asemenea. De asemenea, vă puteți aștepta la câștiguri bune de performanță de la multiprocesare în aplicațiile de codare fisiere multimedia(audio și video) de la un format la altul. În plus, sarcinile de editare a imaginilor 2D se pretează bine paralelizării în editori grafici ca popularul Photoshop.

Nu fără motiv aplicațiile din toate categoriile enumerate mai sus sunt utilizate pe scară largă în teste atunci când doresc să arate avantajele multiprocesării virtuale Hyper-Threading. Și nu este nimic de spus despre multiprocesarea reală.

Dar în aplicațiile moderne de jocuri 3D nu ar trebui să ne așteptăm la o creștere semnificativă a vitezei de la mai multe procesoare. De ce? Pentru că un joc obișnuit pe computer nu poate fi ușor paralelizat în două sau mai multe procese. Prin urmare, cel de-al doilea procesor logic, în cel mai bun caz, va îndeplini doar sarcini auxiliare, care nu vor oferi practic niciun câștig de performanță. Și dezvoltarea unei versiuni cu mai multe fire a unui joc de la bun început este destul de complexă și necesită muncă considerabilă - uneori mult mai mult decât crearea unei versiuni cu un singur thread. Aceste costuri cu forța de muncă, apropo, s-ar putea să nu se plătească încă din punct de vedere economic. La urma urmei, producătorii de jocuri pe computer se concentrează în mod tradițional pe cea mai răspândită parte a utilizatorilor și încep să utilizeze noile capacități ale hardware-ului computerului numai dacă acesta este larg răspândit. Acest lucru se vede în mod clar în utilizarea capabilităților plăcii video de către dezvoltatorii de jocuri. De exemplu, după ce au apărut noi cipuri video cu suport pentru tehnologiile shader, dezvoltatorii de jocuri pentru o lungă perioadă de timp le-a ignorat, concentrându-se pe posibilitățile de soluții cu masă redusă. Deci, chiar și jucătorii avansați care și-au cumpărat cele mai sofisticate plăci video din acei ani nu au primit jocuri normale care să-și folosească toate capacitățile. O situație aproximativ similară cu procesoarele dual-core se observă astăzi. Astăzi nu există multe jocuri care să folosească de fapt tehnologia HyperThreading, în ciuda faptului că procesoarele de masă cu suportul său sunt în plină producție de câțiva ani.

În aplicațiile de birou situația nu este atât de clară. În primul rând, programele din această clasă rareori funcționează singure - o situație mult mai frecventă este atunci când pe computer rulează mai multe aplicații de birou care rulează în paralel. De exemplu, utilizatorul lucrează editor de text, și în același timp site-ul web este încărcat în browser, precum și în fundal se efectuează scanarea pentru viruși. Evident, rularea mai multor aplicații vă permite să utilizați cu ușurință mai multe procesoare și să obțineți o creștere a performanței. Mai mult, totul versiuni Windows XP, inclusiv Home Edition (căreia i s-a refuzat inițial suportul pentru procesoare cu mai multe nuclee), este deja capabil să profite de procesoarele dual-core prin distribuirea firelor de execuție între ele. Asigurând astfel o eficiență ridicată în execuția a numeroase programe de fundal.

Astfel, ne putem aștepta la un anumit efect chiar și de la aplicațiile de birou neoptimizate dacă sunt rulate în paralel, dar este greu de înțeles dacă un astfel de câștig de performanță merită creșterea semnificativă a costului unui procesor dual-core. In plus, un anumit dezavantaj procesoarele dual-core (în special procesoarele Intel Pentium D) este că aplicațiile a căror performanță este limitată nu de puterea de procesare a procesorului în sine, ci de viteza de acces la memorie, pot să nu beneficieze la fel de mult de a avea mai multe nuclee.

Concluzie

Fără îndoială că procesoarele multi-core sunt cu siguranță viitorul, dar astăzi, când majoritatea software-ului existent nu este optimizat pentru procesoare noi, avantajele lor nu sunt atât de evidente pe cât încearcă să le arate producătorii în materialele promoționale. Da, puțin mai târziu, când există o creștere bruscă a numărului de aplicații care acceptă procesoare cu mai multe nuclee (aceasta se referă în primul rând la jocurile 3D, în care procesoarele de nouă generație vor ajuta la ameliorarea semnificativă). sistem grafic), achiziționarea lor ar fi indicată, dar acum... Se știe de mult că cumpărarea de procesoare „pentru creștere” este departe de cea mai eficientă investiție.

Pe de altă parte, progresul este rapid și pentru o persoană normală schimbarea unui computer în fiecare an este, probabil, exagerat. Astfel, toți proprietarii de sisteme destul de moderne bazate pe procesoare cu un singur nucleu nu ar trebui să-și facă griji prea mult în viitorul apropiat - sistemele dvs. vor fi „la egalitate” de ceva timp, în timp ce cei care intenționează să cumpere calculator nou, vă recomandăm totuși să vă îndreptați atenția către modele junior relativ ieftine de procesoare dual-core.

...în procesul de dezvoltare, numărul de nuclee va deveni din ce în ce mai mare.

(Dezvoltatori Intel)

Mai mult miez, și de asemenea miez, și multe, multe altele miez!..

...Până de curând nu auzisem sau știsem despre multi-core procesoare, iar astăzi înlocuiesc în mod agresiv procesoarele cu un singur nucleu. Boom-ul procesoarelor multi-core a început, care este încă doar puțin! – sunt reținute de prețurile lor relativ mari. Dar nimeni nu se îndoiește că viitorul este al procesoarelor multi-core!...

Ce este un nucleu de procesor

În centrul unui microprocesor central modern ( CPU– abr. din engleză unitate centrală de procesare– dispozitiv central de calcul) este nucleul ( miez) este un cristal de siliciu cu o suprafață de aproximativ un centimetru pătrat, pe care este schema de circuit a procesorului, așa-numita arhitectură (arhitectura chip).

Miezul este conectat la restul cipului (numit „pachet” Pachetul CPU) folosind tehnologia flip-chip ( flip-chip, lipire flip-chip– miez inversat, prindere prin metoda cristalului inversat). Această tehnologie își primește numele deoarece partea care este orientată spre exterior - vizibilă - a miezului este de fapt „partea de jos” a acestuia - pentru a oferi contact direct cu radiatorul răcitorului pentru un transfer mai bun de căldură. Pe reversul (invizibil) se află „interfața” în sine - conexiunea dintre cristal și ambalaj. Conexiunea dintre miezul procesorului și ambalaj se realizează folosind pini ( Bumpuri de lipit).

Miezul este amplasat pe o bază de textolit, de-a lungul căreia căile de contact se îndreaptă către „picioare” (tampoane de contact), umplute cu o interfață termică și acoperite cu un capac metalic de protecție.

Primul microprocesor (în mod firesc, single-core!). Intel 4004 a fost introdus pe 15 noiembrie 1971 de Intel Corporation. Conținea 2.300 de tranzistori, tactați la 108 kHz și costa 300 USD.

Cerințele pentru puterea de calcul a microprocesorului central au crescut constant și continuă să crească. Dar dacă producătorii anteriori de procesoare trebuiau să se adapteze constant la solicitările actuale (în continuă creștere!) ale utilizatorilor, acum producătorii de cipuri sunt mult înaintea curbei!

Multă vreme, îmbunătățirile în performanța procesoarelor tradiționale cu un singur nucleu s-au produs în principal datorită creșterii consistente a frecvenței de ceas (aproximativ 80% din performanța procesorului a fost determinată de frecvența de ceas), în timp ce crește simultan numărul de tranzistori pe un singur cip. . Cu toate acestea, o creștere suplimentară a frecvenței de ceas (la o frecvență de ceas mai mare de 3,8 GHz, cipurile pur și simplu se supraîncălzi!) se confruntă cu o serie de bariere fizice fundamentale (deoarece procesul tehnologic s-a apropiat aproape de dimensiunea unui atom: astăzi procesoarele sunt produse folosind tehnologia de 45 nm, iar dimensiunea unui atom de siliciu este de aproximativ 0,543 nm):

În primul rând, pe măsură ce dimensiunea cristalului scade și frecvența ceasului crește, curentul de scurgere al tranzistorilor crește. Acest lucru duce la un consum crescut de energie și la creșterea producției de căldură;

În al doilea rând, beneficiile vitezei de ceas mai mari sunt parțial anulate de latența accesului la memorie, deoarece timpii de acces la memorie nu țin pasul cu viteza de ceas în creștere;

În al treilea rând, pentru unele aplicații, arhitecturile seriale tradiționale devin ineficiente pe măsură ce vitezele de ceas cresc din cauza așa-numitului „bloc von Neumann”, o limitare a performanței rezultată din fluxul de calcul secvențial. În același timp, întârzierile transmisiei semnalului RC cresc, ceea ce este un blocaj suplimentar asociat cu o creștere a frecvenței de ceas.

Utilizarea sistemelor multiprocesor nu este, de asemenea, larg răspândită, deoarece necesită plăci de bază multiprocesoare complexe și costisitoare. Prin urmare, s-a decis îmbunătățirea în continuare a performanței microprocesoarelor prin alte mijloace. Conceptul a fost recunoscut ca fiind cea mai eficientă direcție multithreading, care a apărut în lumea supercalculatoarelor, este procesarea paralelă simultană a mai multor fluxuri de comandă.

Deci în adâncul companiei Intel s-a născut Tehnologia Hyper-Threading (HTT) este o tehnologie de procesare a datelor ultra-threaded care permite procesorului să execute simultan până la patru fire de execuție de program în paralel pe un procesor cu un singur nucleu. Hyper-threadingîmbunătățește semnificativ eficiența aplicațiilor care consumă mult resurse (de exemplu, cele legate de editarea audio și video, 3D-simulare), precum și funcționarea OS în modul multitasking.

CPU Pentium 4 cu inclus Hyper-threading are unul fizic miez care este împărțit în două logic, astfel încât sistemul de operare îl identifică ca fiind două procesoare diferite (în loc de unul).

Hyper-threading a devenit de fapt o rampă de lansare pentru crearea de procesoare cu două nuclee fizice pe un singur cip. Într-un cip cu 2 nuclee, două nuclee (două procesoare!) funcționează în paralel, care la o frecvență de ceas mai mică oferă O performanță mai bună, deoarece două fluxuri independente de instrucțiuni sunt executate în paralel (simultan!).

Este numită capacitatea unui procesor de a executa mai multe fire de execuție simultan paralelism la nivel de fir (TLP – paralelism la nivel de fir). Nevoie de TLP depinde de situația specifică (în unele cazuri este pur și simplu inutil!).

Principalele probleme ale creării procesoarelor

Fiecare nucleu de procesor trebuie să fie independent, cu consum de energie independent și putere controlabilă;

Piața de software ar trebui să fie prevăzută cu programe care pot împărți efectiv algoritmul de ramificare a instrucțiunilor într-un număr par (pentru procesoarele cu un număr par de nuclee) sau un număr impar (pentru procesoarele cu un număr impar de nuclee) de fire;

…

Potrivit serviciului de presă AMD, astăzi piața procesoarelor cu 4 nuclee nu reprezintă mai mult de 2% din volumul total. Evident, pentru un cumpărător modern, achiziționarea unui procesor cu 4 nuclee pentru nevoile casnice are încă puțin sens din multe motive. În primul rând, astăzi practic nu există programe care să poată profita efectiv de 4 fire de lucru simultan; în al doilea rând, producătorii poziționați procesoarele cu 4 nuclee ca Hi-End-solutii prin adaugare la echipamente cele mai moderne plăci video și hard disk-uri mari - și acest lucru în cele din urmă crește costul deja scump …

Dezvoltatori Intel ei spun: „...în procesul de dezvoltare, numărul de nuclee va deveni din ce în ce mai mult...”.

Ce ne așteaptă în viitor

Într-o corporație Intel nu mai vorbesc despre „Multi-core” ( Multi-Core) procesoare, așa cum se face în legătură cu soluțiile cu 2, 4, 8, 16 sau chiar 32 de nuclee, dar despre „Multi-core” ( Multe-Core), implicând o macrostructură arhitecturală a cipului complet nouă, comparabilă (dar nu similară) cu arhitectura procesorului Celulă.

Structura unui astfel de Multe-Core-cip presupune lucrul cu același set de instrucțiuni, dar folosind un nucleu central puternic sau mai multe puternice CPU, „înconjurat” de multe nuclee auxiliare, care vor ajuta la procesarea mai eficientă a aplicațiilor multimedia complexe în modul multi-threaded. Pe lângă nuclee „de uz general”, procesoare Intel va avea, de asemenea, nuclee specializate pentru efectuarea diferitelor clase de sarcini - precum grafica, algoritmi de recunoastere a vorbirii, procesarea protocoalelor de comunicare.

Exact aceasta este arhitectura prezentată de Justin Rattner ( Justin R. Rattner), șef de sector Grupul de tehnologie corporativă Intel, la o conferință de presă la Tokyo. Potrivit acestuia, pot exista câteva zeci de astfel de nuclee auxiliare într-un nou procesor multi-core. Spre deosebire de concentrarea asupra nucleelor ​​de calcul mari, consumatoare de energie, cu disipare ridicată a căldurii, cristalele cu mai multe nuclee Intel va activa numai acele nuclee care sunt necesare pentru a finaliza sarcina curentă, în timp ce nucleele rămase vor fi dezactivate. Acest lucru va permite cristalului să consume exact atâta energie electrică cât este necesar. în acest moment timp.

În iulie 2008, corporația Intel a raportat că are în vedere posibilitatea de a integra câteva zeci și chiar mii de nuclee de calcul într-un singur procesor. Inginer lider al companiei Envar Galum ( Anwar Ghuloum) a scris pe blogul său: „În cele din urmă, recomand să luați următorul sfat de la mine... dezvoltatorii ar trebui să înceapă să se gândească la zeci, sute și mii de nuclee acum.” Potrivit acestuia, în acest moment Intel explorează tehnologii care ar putea scala calcularea „în funcție de numărul de nuclee pe care nu le vindem încă”.

În cele din urmă, succesul sistemelor multi-core va depinde de dezvoltatori, care probabil vor trebui să schimbe limbajele de programare și să rescrie bibliotecile existente, a spus Galum.

Este imposibil să înțelegeți această problemă fără a ști ce este un procesor cu 4 nuclee. Cu procesoare cu un singur, dual și triple-core, totul este simplu: au unul, două sau, respectiv, trei nuclee. În ceea ce privește 4-core, nu totul este așa cum pare la prima vedere.

procesor cu 2 sau 4 nuclee?

Majoritatea oamenilor fac greșeala de a crede că frecvența fiecărui nucleu se adună. Deoarece frecvența nucleelor ​​este de 2,5 GHz și există 4 nuclee, asta înseamnă 2,5 * 4 = 10 GHz. Dar nu este așa: frecvența este întotdeauna aceeași - 2,5 GHz. De ce nu se adună frecvența? Pentru că fiecare procesor funcționează în paralel la această frecvență.

O porțiune este o porțiune de timp pentru calculul căreia procesorul alocă resurse tuturor firelor de execuție care intră în procesor. Este ca 4 autostrăzi cu o viteză maximă de 60 km/h (2,5 GHz): avem camioane care trebuie să ne livreze marfa (acestea sunt bucățile noastre din program sau porțiuni din program), iar pentru ca noi să creștem viteza de livrare (creșterea performanței sistemului), trebuie să folosim toate cele 4 autostrăzi sau să creștem viteza maximă (3,0 GHz). Dar pentru majoritatea programelor este imposibil să se lucreze în mai multe fire de execuție, deoarece acestea funcționează într-un fir de execuție și pot folosi o singură autostradă (ceea ce înseamnă că programului nostru i se va aloca doar 25% din puterea totală a procesorului), deoarece în program logica trebuie executat secvențial (filet), iar dacă rupeți secvența, logica se va rupe, iar acest lucru va duce la eșecuri. Noile programe încearcă să folosească multiprogramarea - capacitatea de a lucra în mai multe fire (autostrăzile noastre) și nu într-unul, ca majoritatea programelor acum. Jocurile, în cea mai mare parte, sunt, de asemenea, optimizate pentru multithreading, dar firul principal rulează de obicei pe unul singur. Deși acum încearcă să o împartă în mai multe pentru a o face mai ușor și mai rapid. Prin urmare, pentru jocuri sau aplicații care rulează de obicei într-unul sau două fire, este mai bine să luați un procesor cu 2 nuclee.

Dacă frecvența unuia dual-core este aceeași cu a unuia quad-core, atunci este mai bine, desigur, să luăm unul quad-core, pentru că avem un număr mare de programe care rulează în același timp, deși cu o sarcină slabă. Vom câștiga performanța sistemului datorită faptului că toate celelalte procese pot fi preemptate la un alt nucleu atunci când unul dintre ele este complet încărcat. Dar, de obicei, frecvența celor noi dual-core este mai mare decât cea a celor noi quad-core. De aceea, la testarea în jocuri, câștigă cele cu 2 nuclee cu o frecvență mai mare decât cele cu 4 nuclee cu o frecvență mai mică.

Acum despre cozi:

Acum să înțelegem că, atunci când treceți de la single-core la dual-core, viteza crește mai rapid nu numai datorită procesării simultane de către nuclee, ci și datorită așteptării și stării de așteptare pe procesor.

Frecvența unui procesor single-core și a unuia dual-core este aceeași, dar computerul rulează mai repede cu 2 nuclee. Ideea este în multiprogramare, când se face o tranziție de la single-core la dual-core, viteza crește semnificativ. Și multiprogramarea funcționează cu fire. Să ne imaginăm 2 fire, de exemplu, Windows funcționeazăși alergând joc pe calculator. Dacă avem un nucleu, atunci jocul (porțiunea) și apoi lucrarea Windows (porțiunea) sunt procesate secvenţial. Procesele trebuie să aștepte la rând, adică atunci când o „piesă” a jocului este procesată, Windows trebuie să aștepte sfârșitul procesării jocului (o parte a jocului). Când am trecut la 2 nuclee, chiar și cu aceeași frecvență ca un single-core, computerul începe să proceseze mai repede, deoarece coada este redusă de 2 ori.

Voi explica mai detaliat folosind exemplul de 100 de aplicații Dacă avem 1 nucleu, atunci 1 aplicație este procesată, restul de 99 își așteaptă rândul. Și cu cât coada este mai lungă, cu atât actualizările durează mai mult și atunci simțim că sistemul nostru încetinește. Și când avem 2 nuclee, coada este împărțită la jumătate, adică 50 de aplicații pe una și 50 pe cealaltă, prin urmare, este mai ușor și mai rapid să le actualizăm. Este important de știut că coada devine mai mică și aplicațiile noastre sunt actualizate mai repede.

Pentru a testa firul, rulați winrar pentru a comprima un fișier mare și căutați în manager (comprimă într-un singur fir) câte resurse CPU va folosi (25% pe 4 nuclee și 50% pe 2 nuclee). De aici rezultă că jocului nostru, dacă rulează într-un fir pe un procesor quad-core, i se va aloca 25% din puterea procesorului, 50% dacă este pe un procesor dual-core. În jocuri avem multithreading, dar firul principal din joc va fi încă procesat de un sfert din procesor (într-un procesor quad-core).

Totul a fost considerat într-o manieră simplificată: un 2-core cu o frecvență mai mare este mai potrivit pentru jocuri, deoarece mai multă frecvență este alocată unui singur fir, iar un 4-core este potrivit pentru date cu mai multe fire, de exemplu, multe aplicații care rulează simultan.

Procesorul i5 cu 2 nuclee dispune de tehnologie care îi permite să simuleze funcționarea sistemului ca în cazul unui procesor cu 4 nuclee. De fapt, există doar 2 nuclee, dar pentru Windows este simulată funcționarea a 4 nuclee. 4 cozi (file) Se procesează pe rând 2 cozi (file) per nucleu. Fiecare miez ia o parte din fiecare dintre fire, adică este capabil să fie quad-core.

Cursa pentru performanțe suplimentare pe piața procesoarelor poate fi câștigată doar de acei producători care, pe baza tehnologiilor de producție actuale, pot oferi un echilibru rezonabil între viteza de ceas și numărul de nuclee de procesare. Datorită trecerii la procesele de producție de 90 și 65 nm, a devenit posibil să se creeze procesoare cu un număr mare de nuclee. În mare măsură, acest lucru s-a datorat noilor capacități de ajustare a disipării căldurii și a dimensiunilor nucleului, motiv pentru care astăzi asistăm la apariția unui număr tot mai mare de procesoare quad-core. Dar cum rămâne cu software-ul? Cât de bine se scalează de la unul la două sau patru nuclee?

Într-o lume ideală, programele care sunt optimizate pentru multithreading permit sistemului de operare să distribuie mai multe fire de execuție în nucleele de procesare disponibile, fie că este vorba de un singur procesor sau mai multe procesoare, single-core sau multi-core. Adăugarea de noi nuclee permite câștiguri de performanță mai mari decât orice creștere a vitezei de ceas. Acest lucru are de fapt sens: mai mulți lucrători vor finaliza aproape întotdeauna o sarcină mai repede decât mai puțini lucrători, mai rapid.

Dar are sens să echipăm procesoarele cu patru sau chiar mai multe nuclee? Există suficientă muncă pentru a încărca patru nuclee sau mai multe? Nu uitați că este foarte dificil să distribuiți munca între nuclee, astfel încât interfețele fizice precum HyperTransport (AMD) sau Front Side Bus (Intel) să nu devină un blocaj. Există o a treia opțiune: mecanismul care distribuie încărcarea între nuclee, și anume managerul de sistem de operare, poate deveni și el un blocaj.

Trecerea AMD de la single-core la dual core a fost aproape impecabilă, deoarece compania nu a crescut anvelopa termică la niveluri extreme, așa cum a făcut cu procesoarele Intel Pentium 4. Prin urmare, procesoarele Athlon 64 X2 au fost scumpe, dar destul de rezonabile, iar Pentium. Linia D 800 era renumită pentru munca sa la cald. Dar procesoarele Intel de 65 nm și, în special, linia Core 2 au schimbat imaginea. Intel a reușit să combine două procesoare Core 2 Duo într-un singur pachet, spre deosebire de AMD, rezultând un Core 2 Quad modern. AMD promite să-și lanseze propriile procesoare Phenom X4 quad-core până la sfârșitul acestui an.

În articolul nostru ne vom uita la configurația Core 2 Duo cu patru nuclee, două nuclee și un nucleu. Și să vedem cât de bine se scalează performanța. Merită să trecem la patru nuclee astăzi?

Un nucleu

Termenul „single-core” se referă la un procesor care are un singur nucleu de calcul. Aceasta include aproape toate procesoarele de la începutul arhitecturii 8086 până la Athlon 64 și Intel Pentium 4. Până când procesul de fabricație a devenit suficient de subțire pentru a crea două nuclee de calcul pe un singur cip, trecerea la o tehnologie de proces mai mică a fost folosită pentru a reduce tensiunea de funcționare, creșteți vitezele de ceas sau adăugați blocuri funcționale și memorie cache.

Rularea unui procesor cu un singur nucleu la viteze mari de ceas poate oferi performanțe mai bune pentru o singură aplicație, dar un astfel de procesor poate executa doar un program (thread) la un moment dat. Intel a implementat principiul Hyper-Threading, care emulează prezența mai multor nuclee pentru sistem de operare. Tehnologia HT permite încărcarea mai bună a transportoarelor lungi procesoare Pentium 4 și Pentium D. Desigur, creșterea performanței a fost mică, dar capacitatea de răspuns a sistemului a fost cu siguranță mai bună. Și într-un mediu multitasking, acest lucru poate fi și mai important, deoarece puteți lucra în timp ce computerul lucrează la o anumită sarcină.

Deoarece procesoarele dual-core sunt atât de ieftine în zilele noastre, nu vă recomandăm să alegeți procesoare single-core decât dacă doriți să economisiți fiecare bănuț.

Procesorul Core 2 Extreme X6800 era cel mai rapid din linia Intel Core 2 la momentul lansării sale, operând la 2,93 GHz. Astăzi, procesoarele dual-core au ajuns la 3,0 GHz, deși la mai mult frecventa inalta cauciucuri FSB1333.

Actualizarea la două nuclee de procesor înseamnă o putere de procesare de două ori mai mare, dar numai pentru aplicațiile optimizate pentru multi-threading. De obicei, astfel de aplicații includ programe profesionale care au nevoie de putere mare de calcul. Dar un procesor dual-core mai are sens, chiar dacă folosești computerul doar pentru e-mail, navigând pe Internet și lucrând cu documente de birou. Pe de o parte, modelele moderne de procesoare dual-core nu consumă mult mai multă energie decât modelele single-core. Pe de altă parte, al doilea nucleu de calcul nu numai că adaugă performanță, dar îmbunătățește și capacitatea de răspuns a sistemului.

Ați așteptat vreodată ca WinRAR sau WinZIP să termine comprimarea fișierelor? Pe o mașină cu un singur nucleu, este puțin probabil să puteți comuta rapid între ferestre. Chiar și redarea DVD-ului poate solicita un singur nucleu la fel de mult ca o sarcină complexă. Procesorul dual-core facilitează rularea mai multor aplicații simultan.

Dual core procesoare AMD conțin două nuclee cu drepturi depline cu memorie cache, un controler de memorie integrat și un comutator încrucișat care oferă acces partajat la memorie și la interfața HyperTransport. Intel a urmat o cale similară cu primul Pentium D, instalând două nuclee Pentium 4 în procesorul fizic Deoarece controlerul de memorie face parte din chipset, magistrala de sistem trebuie utilizată atât pentru comunicarea între nuclee, cât și pentru accesarea memoriei. impune anumite limitări asupra performanței. Procesorul Core 2 Duo are nuclee mai avansate care oferă o performanță mai bună pe ceas și o performanță mai bună pe watt. Cele două nuclee împărtășesc un cache L2 comun, care permite schimbul de date fără a utiliza magistrala de sistem.

Procesorul Core 2 Quad Q6700 rulează la 2,66 GHz, folosind două nuclee Core 2 Duo în interior.

Dacă astăzi există multe motive pentru a trece la procesoare dual-core, atunci patru nuclee nu arată încă atât de convingător. Un motiv este optimizarea limitată a programelor pentru mai multe fire, dar există și anumite probleme arhitecturale. Deși AMD critică astăzi Intel pentru că a împachetat două matrițe dual-core într-un singur procesor, considerând că nu este un „adevărat” procesor quad-core, abordarea Intel funcționează bine, deoarece procesoarele oferă de fapt performanțe quad-core. Din punct de vedere al producției, este mai ușor să obțineți randamente mari ale matrițelor și să produceți mai multe produse cu miezuri mici care pot fi apoi unite pentru a realiza un produs nou și mai puternic într-un proces nou. În ceea ce privește performanța, există blocaje - două cristale comunică între ele prin magistrala de sistem, deci este foarte dificil să gestionezi mai multe nuclee distribuite pe mai multe cristale. Deși existența mai multor matrițe permite economii mai bune de energie, iar frecvențele de bază individuale pot fi ajustate pentru a se potrivi nevoilor aplicației.

Adevăratele procesoare quad-core folosesc patru nuclee, care, împreună cu memoria cache, sunt situate pe un singur cip. Ceea ce este important aici este prezența unui cache unificat comun. AMD va implementa această abordare prin echiparea a 512 KB de cache L2 pe fiecare nucleu și adăugând cache L3 la toate nucleele. Avantajul AMD este că va fi posibilă oprirea anumitor nuclee și accelerarea altora pentru a obține performanțe mai bune pentru aplicațiile cu un singur thread. Intel va urma aceeași cale, dar nu înainte de a introduce arhitectura Nehalem în 2008.

Utilități de ieșire informatii de sistem, cum ar fi CPU-Z, vă permit să aflați numărul de nuclee și dimensiunile memoriei cache, dar nu și aspectul procesorului. Nu veți ști că Core 2 Quad (sau quad-core Extreme Edition prezentat în captură de ecran) este format din două nuclee.

Industria computerelor moderne nu sta pe loc. Aproape fiecare computer este deja echipat cu procesoare multi-core. Dar nu toată lumea știe cu ce se deosebește de analogii lor cu un singur nucleu, care rămân de domeniul trecutului. Uneori, atunci când cumpără, o persoană se străduiește să cumpere un produs nou, dar nu își dă seama de semnificația acestuia și cheltuiește bani pe ceva care nu îi va aduce beneficii semnificative.
Pentru a înțelege necesitatea de a cumpăra un procesor cu unul sau două nuclee, trebuie să înțelegeți diferența dintre cele două opțiuni, în ce cazuri fiecare dintre ele este mai bună.

Caracteristicile structurii procesoarelor single-core

Toată lumea știe că puterea și viteza tuturor computer personalÎn primul rând, depinde de procesorul central. Prin urmare, cu cât frecvența procesorului este mai mare, cu atât execuția comenzilor utilizatorului este mai rapidă. Operațiile asupra datelor sunt efectuate de nucleul din procesor.

La frecvențe înalte, viteza de execuție a unei comenzi este semnificativă, așa că chiar și cu un procesor cu un singur nucleu, utilizatorului i se pare că programele sunt executate în paralel. În realitate, toate programele sunt plasate într-o coadă care se mișcă cu o viteză foarte mare.

Caracteristicile arhitecturale ale procesoarelor single-core pot fi luate în considerare:

• O structură cu separare completă a comenzilor și a datelor.
• Arhitectură scalară, care permite executarea mai multor comenzi în paralel pe diferite dispozitive.
• Schimbarea secvenței comenzilor de tip dinamic atunci când funcționează principiul avansului.
• Comenzile sunt folosite ca un transportor.
• Direcția ramurilor de execuție este previzibilă.

Aș dori să remarc că, în ciuda faptului că apar tot mai multe procesoare dual-core, opțiunile single-core sunt în mod constant rafinate și îmbunătățite. Prin urmare, unele modele de procesoare cu un singur nucleu nu sunt întotdeauna inferioare ca performanță față de un succesor dual-core.

Caracteristicile procesoarelor dual-core

Dacă, în general, vorbim despre funcționarea unui procesor cu două nuclee în comparație cu omologul său cu un singur nucleu, atunci putem explica totul exemplu simplu. De exemplu, un utilizator copiază fișiere, dar în același timp decide să vizioneze un film. Lui i se pare că ambele operațiuni sunt efectuate simultan, dar atunci când rulează un procesor cu un singur nucleu, aceste acțiuni au loc secvenţial, deoarece frecvenţa de execuție a comenzii este foarte mare, acesta este ceea ce creează acest sentiment. Dar cu un proces dual-core, aceste operațiuni au loc de fapt simultan.

Este de remarcat faptul că arhitectura unui procesor dual-core este similară cu structura multiprocesoarelor simetrice, când sunt utilizate două procesoare pe o singură placă. Există, desigur, anumite diferențe, dar principiul de funcționare este similar.

Procesoarele dual-core funcționează cel mai eficient atunci când lucrează cu aplicații multi-threaded, aici se obține cea mai mare performanță. Deoarece numeroase sarcini sunt distribuite între două nuclee pentru execuție. Această distribuție vă permite să reduceți consumul de energie. La urma urmei, acest factor este cel care încetinește dezvoltarea procesoarelor single-core.

Care sunt diferențele dintre un procesor dual-core

Când se studiază arhitectura atât a procesoarelor single-core, cât și a procesoarelor dual-core, poate fi identificată o listă mare de diferențe:

• Dacă nu rulați aplicații complexe cu mai multe fire sau mai multe în același timp, atunci diferențele de performanță ale unui procesor cu un nucleu sau două nu vor fi atât de vizibile și vizibile.
• Un procesor dual-core are și o memorie cache partajată.
• A avea un procesor dual-core are un avantaj semnificativ, deoarece dacă un nucleu eșuează, al doilea nucleu va prelua întreaga sarcină asupra sa.
• Procesorul dual-core are o memorie cache mare și o frecvență.

Este de remarcat faptul că un procesor dual-core de acasă nu poate întotdeauna să-și arate potențialul maxim, deoarece multe aplicații create nu sunt adaptate unui astfel de procesor central. Trebuie remarcat faptul că, datorită prezenței a două nuclee, procesorul are o structură de 64 de biți. Și multe programe moderne sunt concepute pentru o structură pe 32 de biți și nu ar trebui să vă așteptați la o creștere a vitezei de operare de la acestea.

Beneficiile utilizării procesoarelor dual-core

Cunoscând caracteristicile structurale și diferențele semnificative dintre procesoarele cu unul și două nuclee, putem evidenția principalele avantaje ale utilizării procesoarelor dual-core:

1. Performanță rapidă a browserului la încărcare și afișare.
2. Performanță ridicată în aplicații de jocuri.
3. Când lucrați în modul cu mai multe valori, viteza mai multor fire crește.
4. Performanță ridicată și funcționare lină.
5. Reduceți consumul de energie în timp ce creșteți productivitatea.

În concluzie, putem concluziona că un procesor cu un nucleu sau două prezintă diferențe semnificative, atât în ​​funcționarea cât și în arhitectură.

Desigur, este clar că un procesor cu două sau mai multe nuclee va fi mai productiv. Pentru uz casnic, în principiu, nu este esențial să achiziționați un computer cu un singur procesor. Dar dacă aveți capacitatea financiară de a cumpăra un computer cu două procesoare, atunci merită cumpărat. La urma urmei, lumea informației nu stă pe loc. Programele sunt în curs de finalizare, tehnologia este îmbunătățită. În fiecare zi din ce în ce mai mult produse software conceput pentru a funcționa cu sisteme pe 64 de biți.