Aceasta înseamnă un procesor cu 8 nuclee. Care este avantajul procesoarelor dual-core? Procesoare Intel dual-core

Procesor multi-core - un procesor central care conține două sau mai multe nuclee de calcul pe un cip de procesor sau într-un pachet.

Printre procesoare multi-coreîn acest moment putem evidenţia

*procesoare concepute în principal pentru încorporate și aplicații mobile, în care dezvoltatorii au acordat multă atenție mijloacelor și metodelor de reducere a consumului de energie (SEAforth (SEAforth24, seaforth40), Tile (Tile36, Tile64, Tile64pro), AsAP-II, CSX700);

*procesoare pentru stații de calcul sau grafice, unde problemele de consum de energie nu sunt atât de critice (procesoare grafice, de exemplu, procesoare din seria g80 de la NVIDIA, proiectul Larrabee de la Intel, acesta include și procesorul Cell de la IBM, deși numărul de nuclee de procesare este relativ scăzută);

* așa-numitele procesoare mainstream - destinat serverelor, statiilor de lucru si calculatoarelor personale (AMD, Intel, Sun);

• Număr de nuclee (Număr de nuclee. Miez) - un cristal de siliciu cu o suprafață de aproximativ un centimetru pătrat, pe care sunt utilizate elemente logice microscopice pentru a implementa schema circuitului procesor, așa-numita arhitectură. Fiecare nucleu este perceput de sistem ca un procesor separat, independent, cu tot setul necesar de funcții.)

Frecvența ceasului (un ceas este o operație elementară pe secundă pe care o poate efectua un procesor. Prin urmare, numărul de cicluri de ceas este un indicator al câte operații pe secundă poate procesa un procesor. Unitatea de măsură pentru acest parametru este gigaherți GHz.)

Memoria cache (memoria încorporată direct în procesor și folosită pentru a stoca și accesa datele utilizate frecvent se numește memorie cache. Este împărțită în mai multe niveluri - L1, L2 și L3. Nivelul mai mare al memoriei cache are un volum mai mare, dar mai puțin ridicat -acces rapid la date.)

Capacitatea de biți (determină cantitatea de informații care poate fi schimbată între procesor și RAM într-un singur ciclu de ceas. Acest parametru este măsurat în biți. Parametrul de capacitate afectează cantitatea posibilă de RAM- Un procesor pe 32 de biți poate funcționa doar cu 4 GB de RAM.)

Performanţă

Consumul de energie

Dimensiuni

Preţ

Clasele de sarcini pentru care sunt concepute

Caracteristicile comparative ale performanței procesorului, consumului de energie și ratelor de schimb de date sunt prezentate în tabele

(Mflops - milioane de operații în virgulă mobilă pe secundă)

O contribuție semnificativă la performanța generală a procesorului și la eficiența funcționării acestuia este adusă de structura conexiunilor inter-core și de organizarea subsistemului de memorie, în special a memoriei cache.

Procesor CSX700

Arhitectura procesorului CSX700 a fost concepută pentru a aborda așa-numita problemă de dimensiune, greutate și putere (SWAP) care afectează de obicei aplicațiile încorporate de înaltă performanță. Prin integrarea procesoarelor, a interfețelor de sistem și a memoriei de corectare a erorilor pe cip, CSX700 oferă o soluție rentabilă, fiabilă și de înaltă performanță pentru a răspunde cerințelor aplicațiilor actuale.

Arhitectura procesorului este optimizată pentru procesarea masivă în paralel și este proiectată pentru eficiență și fiabilitate ridicate. Arhitectura vizează procesarea inteligentă a semnalului și procesarea imaginilor în domeniile timp și frecvență.

Cipul CSX700 conține 192 de nuclee de procesor de înaltă performanță, memorie tampon încorporată de 256 KB (două bănci de 128 KB fiecare), cache de date și cache de instrucțiuni, protecție ECC a internă și memorie externă, controler de acces direct la memorie încorporat. Pentru a furniza rețele pe cip și inter-cip, se utilizează tehnologia ClearConnect NoC (Fig. 11).

Procesorul constă din două module MTAP (MultiThreaded Array Processor) relativ independente care conțin cache de instrucțiuni și date, unități de control pentru elementele procesorului și un set de 96 de nuclee de calcul (Fig. 12).

Orez. 12. Structura blocului MTAP

Fiecare nucleu are o unitate dublă în virgulă mobilă (adunare, înmulțire, împărțire, rădăcină pătrată, numere de precizie simple și duble acceptate), 6 KB de RAM de înaltă performanță și un fișier de registru de 128 de octeți. Sunt acceptate spațiul de adresă virtuală de 64 de biți și spațiul de adresă reală de 48 de biți.

Specificații procesor:

frecvența ceasului de bază 250 MHz;

96 GFlops pentru date cu precizie dublă sau simplă;

acceptă 75 GFlops pentru benchmark-ul de multiplicare a matricei de precizie dublă (DGEMM);

efectuarea operațiilor cu numere întregi 48 ШАОs;

putere disipată 9 W;

lățime de bandă magistrală de memorie internă 192 GB/s;

două magistrale de memorie externe 4 GB/s;

viteza de schimb de date intre procesoare individuale 4 GB/s;

interfețe PCIe, 2 DDR2 DRAM (64 biți).

Proiectat pentru sisteme cu putere redusă, procesorul funcționează la viteze de ceas relativ scăzute și dispune de un mecanism de control al frecvenței care permite ca performanța aplicației să fie ajustată la medii de putere și termice specifice.

CSX700 este susținut de un mediu de dezvoltare profesională (SDK) bazat pe tehnologia Eclipse cu instrumente vizuale de depanare a aplicațiilor bazate pe un compilator ANSI C optimizat cu extensii pentru programare paralelă. Pe lângă biblioteca standard C, există un set de biblioteci optimizate cu funcții precum FFT, BLAS, LAPACK etc.

Procesoare moderne Intel și AMD

Piața de procesoare moderne este împărțită de doi concurenți principali – Intel și AMD.

Procesoare de la Intel, astăzi sunt considerate cele mai productive, datorită familiei Core i7 Extreme Edition. În funcție de model, acestea pot avea până la 6 nuclee simultan, viteze de ceas de până la 3300 MHz și până la 15 MB de cache L3. Cele mai populare nuclee din segmentul procesoarelor desktop se bazează pe Intel - Ivy Bridge și Sandy Bridge.

Procesoarele Intel folosesc tehnologii proprietare pentru a îmbunătăți eficiența sistemului.

1. Hyper Threading- Datorită acestei tehnologii, fiecare nucleu fizic al procesorului este capabil să proceseze simultan două fire de calcule, rezultând că numărul de nuclee logice se dublează de fapt.

2. Turbo Boost- Permite utilizatorului să overclockeze automat procesorul fără a depăși maximul limita admisibila temperatura de funcționare a miezului.

3. Intel QuickPath Interconnect (QPI) - magistrala inel QPI conectează toate componentele procesorului, minimizând astfel toate posibilele întârzieri în schimbul de informații.

4. Tehnologie de vizualizare - Suport hardware pentru soluții de virtualizare.

5. Intel Execute Disable Bit - Practic program antivirus, oferă protecție hardware împotriva posibilelor atacuri de viruși bazate pe tehnologia buffer overflow.

6. Intel SpeedStep - un instrument care vă permite să schimbați nivelurile de tensiune și frecvență în funcție de sarcina creată pe procesor.

Core i7 – pornit în acest moment linia de vârf a companiei

Core i5 - performanță ridicată

Core i3 – preț scăzut, performanță ridicată/medie

Cele mai rapide procesoare AMD sunt încă mai lente decât cele mai rapide procesoare Intel (date din noiembrie 2010). Dar datorită raportului său bun preț-calitate, procesoare AMD, în principal pentru computerele desktop, reprezintă o alternativă excelentă la procesoarele Intel.

Pentru procesoarele Athlon II și Phenom II, nu numai viteza de ceas este importantă, ci și numărul de nuclee de procesor. Athlon II și Phenom II, în funcție de model, pot avea două trei sau patru nuclee. Model cu șase nuclee – doar seria Highend Phenom II.

Cele mai multe procesoare moderne create de AMD acceptă următoarele tehnologii în mod implicit:

1. AMD Turbo CORE - Această tehnologie este concepută pentru a regla automat performanța tuturor nucleelor ​​de procesor prin overclocking controlat (o tehnologie similară de la Intel se numește TurboBoost).

2. AVX (Advanced Vector Extensions), XOP și FMA4 - Un instrument care are un set extins de comenzi concepute special pentru lucrul cu numere în virgulă mobilă. Cu siguranță un set de instrumente util.

3. AES (Advanced Encryption Standard) - B aplicații software utilizarea criptării datelor îmbunătățește performanța.

4. AMD Visualization (AMD-V) - Această tehnologie de virtualizare ajută la asigurarea partajării resurselor unui computer între mai multe mașini virtuale.

5. AMD PowcrNow! - Tehnologia de gestionare a energiei. Ele ajută utilizatorul să obțină performanțe îmbunătățite prin activarea și dezactivarea dinamică a părților procesorului.

6. NX Bit - Tehnologie antivirus unică care ajută la prevenirea infecției computer personal anumite tipuri de malware.

Utilizare în GIS

Sistemele de informații geografice sunt instrumente multifuncționale pentru analiza datelor consolidate tabelare, text și cartografice, demografice, statistice, funciare, municipale, de adresă și alte informații. Procesoarele multi-core sunt necesare pentru procesarea rapidă a diferitelor tipuri de informații, deoarece accelerează și distribuie semnificativ munca programelor.

CONCLUZIE

Trecerea la procesoare multi-core devine un accent major pentru îmbunătățirea performanței. În prezent, procesoarele cu 4 și 6 nuclee sunt considerate cele mai comune. Fiecare nucleu este perceput de sistem ca un procesor separat, independent, cu tot setul necesar de funcții. Tehnologia procesoarelor multi-core a făcut posibilă paralelizarea operațiunilor de calcul, în urma cărora performanța PC-ului a crescut.

http://www.intuit.ru/department/hardware/mcoreproc/15/

http://kit-e.ru/articles/build_in_systems/2010_2_92.php

http://softrew.ru/instructions/266-sovremennye-processory.html

http://it-notes.info/centralnyj-processor/

http://www.mediamarkt.ru/mp/article/AMD,847020.html

Beneficiile procesoarelor multi-core

Abilitatea de a distribui munca programelor, de exemplu, sarcinile principale ale aplicației și sarcinile de fundal ale sistemului de operare, pe mai multe nuclee;

Creșterea vitezei programelor;

Procesele intensive în calcul rulează mult mai rapid;

Utilizarea mai eficientă a aplicațiilor multimedia intensive din punct de vedere computațional (de exemplu, editori video);

Consum redus de energie;

Munca utilizatorului de PC devine mai confortabilă;

...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;

Piaţă software trebuie să fie prevăzute 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 are nevoie la un moment dat.

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.

Procesor în telefon mobil. Caracteristicile și semnificația lor

Industria smartphone-urilor progresează în fiecare zi și, ca urmare, utilizatorii devin gadget-uri mai noi, mai moderne și mai puternice. Toți producătorii de smartphone-uri se străduiesc să facă creația lor specială și de neînlocuit. Prin urmare, astăzi se acordă multă atenție dezvoltării și producției de procesoare pentru smartphone-uri.

Cu siguranță, mulți fani ai „telefoanelor inteligente” și-au pus de mai multe ori întrebarea, ce este un procesor și care sunt principalele sale funcții? Și, de asemenea, fără îndoială, cumpărătorii sunt interesați de ceea ce înseamnă toate aceste numere și litere din numele cipului.
Vă sugerăm să vă familiarizați puțin cu conceptul "procesor pentru smartphone".

Procesor într-un smartphone- aceasta este cea mai complexă parte și este responsabilă pentru toate calculele efectuate de dispozitiv. De fapt, este incorect să spunem că un smartphone folosește un procesor, deoarece procesoarele ca atare sunt dispozitive mobile ah nu folosit. Procesorul, împreună cu alte componente, formează SoC (System on a chip - system on a chip), ceea ce înseamnă că pe un cip există computer cu drepturi depline cu procesor, accelerator grafic și alte componente.

Dacă vorbim despre procesor, atunci mai întâi trebuie să înțelegem un astfel de concept ca "Arhitectura procesorului". Telefoanele inteligente moderne folosesc procesoare bazate pe arhitectura ARM, care este dezvoltată de compania cu același nume ARM Limited. Putem spune că arhitectura este un anumit set de proprietăți și calități inerente unei întregi familii de procesoare. Qualcomm, Nvidia, Samsung, MediaTek, Apple și alte companii de procesoare licențiază tehnologia de la ARM și apoi vând cipurile finite producătorilor de smartphone-uri sau le folosesc pe propriile dispozitive. Producătorii de cipuri licențiază nuclee individuale, seturi de instrucțiuni și tehnologii aferente de la ARM. ARM Limited nu produce procesoare, ci vinde doar licențe pentru tehnologiile sale altor producători.

Acum să ne uităm la concepte precum nucleul și viteza de ceas, care se găsesc întotdeauna în recenzii și articole despre smartphone-uri și telefoane atunci când vorbim despre procesor.

Miez

Să începem cu întrebarea, ce este un nucleu? Miez este un element al cipului care determină performanța, consumul de energie și viteza de ceas a procesorului. Foarte des întâlnim conceptul de dual-core sau quad procesor nuclear. Să ne dăm seama ce înseamnă asta.

Procesor dual-core sau quad-core - care este diferența?

De foarte multe ori, cumpărătorii cred că un procesor dual-core este de două ori mai puternic decât un procesor single-core, iar un procesor quad-core este, în consecință, de patru ori mai puternic. Acum vă vom spune adevărul. S-ar părea destul de logic că trecerea de la un nucleu la doi, sau de la două la patru, crește performanța, dar de fapt este rar ca această putere să crească cu un factor de doi sau patru. Creșterea numărului de nuclee vă permite să accelerați funcționarea dispozitivului datorită redistribuirii proceselor care rulează. Dar majoritatea aplicațiilor moderne sunt cu un singur fir și, prin urmare, pot folosi doar unul sau două nuclee la un moment dat. Întrebarea apare în mod firesc, pentru ce este atunci un procesor quad-core? Multi-core este folosit în principal de jocurile avansate și aplicațiile de editare fisiere multimedia. Aceasta înseamnă că dacă aveți nevoie de un smartphone pentru jocuri (jocuri 3D) sau pentru filmări video Full HD, atunci trebuie să achiziționați un dispozitiv cu un procesor quad-core. Dacă programul în sine nu acceptă mai multe nuclee și nu necesită resurse mari, atunci nucleele neutilizate sunt dezactivate automat pentru a economisi energia bateriei. Adesea, cel de-al cincilea nucleu însoțitor este folosit pentru cele mai nepretențioase sarcini, de exemplu, pentru a opera dispozitivul în modul de repaus sau la verificarea e-mailului.

Dacă aveți nevoie de un smartphone obișnuit pentru comunicare, navigarea pe internet, verificarea e-mailului sau pentru a fi la curent cu ultimele știri, atunci un procesor dual-core este foarte potrivit pentru dvs. Și de ce să plătești mai mult? La urma urmei, numărul de nuclee afectează direct prețul dispozitivului.

Frecvența ceasului

Următorul concept cu care trebuie să ne familiarizăm este frecvența ceasului. Frecvența ceasului este o caracteristică a procesorului, care arată câte cicluri de ceas este capabil să funcționeze procesorul pe unitatea de timp (o secundă). De exemplu, dacă caracteristicile dispozitivului indică frecvență 1,7 GHz - asta înseamnă că într-o secundă procesorul său va efectua 1.700.000.000 (1 miliard 700 milioane) de cicluri.

În funcție de operațiune, precum și de tipul de cip, numărul de cicluri de ceas necesare pentru ca cip să efectueze o sarcină poate varia. Cu cât frecvența ceasului este mai mare, cu atât viteza de operare este mai mare. Această diferență este vizibilă în special atunci când se compară nuclee identice care funcționează la frecvențe diferite.

Uneori, producătorul limitează viteza ceasului pentru a reduce consumul de energie, deoarece cu cât viteza procesorului este mai mare, cu atât consumă mai multă energie.

Și din nou revenim la multi-core. Creșterea vitezei de ceas (MHz, GHz) poate crește generarea de căldură, ceea ce este extrem de nedorit și chiar dăunător pentru utilizatorii de smartphone-uri. Prin urmare, tehnologia multi-core este, de asemenea, folosită ca una dintre modalitățile de a crește performanța unui smartphone fără a-l face prea cald în buzunar.

Performanța crește permițând aplicațiilor să ruleze simultan pe mai multe nuclee, dar există o condiție: aplicațiile trebuie să fie de ultimă generație. Această caracteristică economisește și energia bateriei.

memoria cache a procesorului

O altă caracteristică importantă a procesorului despre care vânzătorii de smartphone-uri păstrează adesea tăcerea este memoria cache a procesorului.

Cache- Aceasta este o memorie concepută pentru stocarea temporară a datelor și care funcționează la frecvența procesorului. Cache-ul este folosit pentru a reduce timpul de acces al procesorului pentru a încetini memoria RAM. Stochează copii ale unei părți din datele RAM. Timpul de acces este redus datorită faptului că majoritatea datelor necesare procesorului ajung în cache, iar numărul de accesări la RAM este redus. Cu cât dimensiunea memoriei cache este mai mare, cu atât este mai mare necesare programului poate contine date, cu atât accesul la RAM va avea loc mai rar și cu atât performanța generală a sistemului va fi mai mare.

Cache-ul este deosebit de relevant în sistemele moderne, unde diferența dintre viteza procesorului și viteza RAM este destul de mare. Desigur, se pune întrebarea, de ce nu vor să menționeze această caracteristică? Este foarte simplu. Să dăm un exemplu. Să presupunem că există două procesoare bine-cunoscute (condițional A și B) cu absolut același număr de nuclee și viteză de ceas, dar din anumite motive A funcționează mult mai rapid decât B. Acest lucru este foarte simplu de explicat: procesorul A are o capacitate mai mare. cache, prin urmare procesorul rulează mai repede.

Diferența de volum al memoriei cache este vizibilă în special între telefoanele chinezești și cele de marcă. S-ar părea că, după numerele de caracteristici, totul pare să fie la fel, dar prețul dispozitivelor diferă. Și aici cumpărătorii decid să economisească bani cu gândul „de ce să plătești mai mult dacă nu există nicio diferență?” Dar, după cum vedem, există o diferență și una foarte semnificativă, dar vânzătorii tac adesea despre asta și vând Telefoane chinezești la preturi umflate.

Care sunt diferențele dintre procesoarele pentru smartphone-uri quad-core și octa-core? Explicația este destul de simplă. Cipurile cu opt nuclee au de două ori mai multe nuclee de procesor decât cipurile cu patru nuclee. La prima vedere, un procesor cu opt nuclee pare de două ori mai puternic, nu? În realitate, nu se întâmplă așa ceva. Pentru a înțelege de ce un procesor cu opt nuclee nu dublează performanța unui smartphone, este nevoie de o explicație. a sosit deja. Procesoarele cu opt nuclee, la care doar recent puteau fi visate, devin din ce în ce mai răspândite. Dar se dovedește că sarcina lor nu este de a crește performanța dispozitivului.

Procesoare cu patru și opt nuclee. Performanţă

Termenii „octa-core” și „quad-core” reflectă înșiși numărul de nuclee CPU.

Dar diferența cheie dintre aceste două tipuri de procesoare — cel puțin începând cu 2015 — este modul în care sunt instalate nucleele procesorului.

Cu un procesor quad-core, toate nucleele pot funcționa simultan pentru a permite multitasking rapid și flexibil, jocuri 3D mai fluide, performanțe mai rapide ale camerei și multe altele.

Chipurile moderne cu opt nuclee, la rândul lor, constau pur și simplu din două procesoare quad-core care distribuie sarcini diferite între ele, în funcție de tipul lor. Cel mai adesea, un cip cu opt nuclee conține un set de patru nuclee cu o viteză de ceas mai mică decât al doilea set. Atunci când o sarcină complexă trebuie finalizată, procesorul mai rapid preia în mod natural ea.

Un termen mai precis decât „octa-core” ar fi „dual quad-core”. Dar nu sună atât de frumos și nu este potrivit pentru scopuri de marketing. De aceea aceste procesoare se numesc opt-core.

De ce avem nevoie de două seturi de nuclee de procesor?

Care este motivul pentru a combina două seturi de nuclee de procesor, trecând sarcini unul altuia, într-un singur dispozitiv? Pentru a asigura eficienta energetica.

Un procesor mai puternic consumă mai multă energie și bateria trebuie încărcată mai des. O baterii O verigă mult mai slabă într-un smartphone decât procesoarele. Drept urmare, cu cât procesorul smartphone-ului este mai puternic, cu atât are nevoie de baterie mai încăpătoare.

Cu toate acestea, pentru majoritatea sarcinilor smartphone-urilor nu veți avea nevoie de performanțe de calcul atât de ridicate pe care le poate oferi un procesor modern. Navigarea între ecranele de start, verificarea mesajelor și chiar navigarea pe web sunt sarcini care necesită mai puțin procesor.

Dar videoclipurile HD, jocurile și lucrul cu fotografii sunt astfel de sarcini. Prin urmare, procesoarele cu opt nuclee sunt destul de practice, deși această soluție cu greu poate fi numită elegantă. Un procesor mai slab face față sarcinilor care necesită mai puține resurse. Mai puternic - mai mult consumatoare de resurse. Ca rezultat, consumul total de energie este redus în comparație cu situația în care doar un procesor cu o frecvență mare de ceas s-ar ocupa de toate sarcinile. Astfel, procesorul dual rezolvă în primul rând problema creșterii eficienței energetice, mai degrabă decât a performanței.

Caracteristici tehnologice

Toate procesoarele moderne cu opt nuclee se bazează pe arhitectura ARM, așa-numita big.LITTLE.

Această arhitectură big.LITTLE cu opt nuclee a fost anunțată în octombrie 2011 și a permis patru nuclee Cortex-A7 de performanță scăzută să funcționeze împreună cu patru nuclee Cortex-A15 de înaltă performanță. De atunci, ARM a repetat această abordare în fiecare an, oferind cipuri mai capabile pentru ambele seturi de nuclee de procesor de pe cipul cu opt nuclee.

Unii dintre cei mai importanți producători de cipuri pentru dispozitive mobile își concentrează eforturile pe acest exemplu MIC "octa-core". Unul dintre primele și cele mai notabile a fost propriul cip Samsung, celebrul Exynos. Modelul său cu opt nuclee a fost folosit de atunci Samsung Galaxy S4, cel puțin în unele versiuni ale dispozitivelor companiei.

Mai recent, Qualcomm a început să folosească și big.LITTLE în chip-urile CPU Snapdragon 810 cu opt nuclee. Pe acest procesor se bazează produse atât de cunoscute pe piața smartphone-urilor, cum ar fi G Flex 2, care a devenit LG.

La începutul anului 2015, NVIDIA a introdus Tegra X1, un nou procesor mobil super-puternic pe care compania îl intenționează pentru computerele auto. Funcția principală a lui X1 este că poate fi apelat de pe consolă („console-challenging”) GPU, care se bazează și pe arhitectura big.LITTLE. Adică va deveni și opt nuclee.

Există o mare diferență pt utilizator obișnuit?

Există o diferență mare între un procesor de smartphone cu patru nuclee și unul cu opt nuclee pentru utilizatorul obișnuit? Nu, de fapt este foarte mic, spune Jon Mandi.

Termenul „octa-core” este oarecum confuz, dar înseamnă de fapt duplicarea procesoarelor quad-core. Rezultatul sunt două seturi quad-core care funcționează independent, combinate cu un cip pentru a îmbunătăți eficiența energetică.

Este necesar un procesor cu opt nuclee în fiecare smartphone modern? Nu există o astfel de nevoie, crede Jon Mundy și citează exemplul Apple, care asigură eficiența energetică decentă a iPhone-urilor sale doar cu un procesor dual-core.

Astfel, arhitectura ARM big.LITTLE cu opt nuclee este una dintre posibilele soluții la una dintre cele mai importante probleme privind smartphone-urile - durata de viață a bateriei. Potrivit lui John Mundy, de îndată ce se va găsi o altă soluție la această problemă, tendința de a instala două seturi quad-core într-un singur cip și soluții similare se va opri.

Cunoașteți și alte avantaje ale procesoarelor pentru smartphone-uri octa-core?

• Tutorial

În acest articol voi încerca să descriu terminologia folosită pentru a descrie sisteme capabile să execute mai multe programe în paralel, adică multi-core, multi-procesor, multi-threaded. Diferite tipuri de paralelism au apărut în CPU IA-32 în momente diferite și într-o ordine oarecum inconsecventă. Este destul de ușor să fii confuz în toate acestea, mai ales având în vedere că sistemele de operare ascund cu atenție detaliile din programele de aplicații mai puțin sofisticate.

Scopul articolului este de a arăta că, cu toată varietatea de configurații posibile ale sistemelor multiprocesor, multi-core și multi-threaded, sunt create oportunități pentru programele care rulează pe acestea atât pentru abstractizare (ignorând diferențele), cât și pentru luarea în considerare a specificului ( capacitatea de a afla programatic configurația).

Avertisment despre semnele ®, ™ în articol

Comentariul meu explică de ce angajații companiei ar trebui să folosească notificări privind drepturile de autor în comunicările publice. În acest articol a trebuit să le folosesc destul de des.

CPU

ÎN lumea modernă un procesor este ceea ce cumpărăm într-o cutie frumoasă de vânzare cu amănuntul sau într-un pachet OEM nu prea frumos. O entitate indivizibilă introdusă într-o priză pornită placa de baza. Chiar dacă nu există conector și nu poate fi scos, adică dacă este lipit strâns, este un singur cip.

Sistemele mobile (telefoane, tablete, laptopuri) și majoritatea desktop-urilor au un singur procesor. Stațiile de lucru și serverele au uneori două sau mai multe procesoare pe o singură placă de bază.

Suportul mai multor procesoare într-un singur sistem necesită numeroase modificări de design. Cel puțin, este necesar să se asigure conexiunea fizică a acestora (furnizează mai multe prize pe placa de bază), să rezolve problemele de identificare a procesorului (a se vedea mai târziu în acest articol, precum și nota mea anterioară), coordonarea acceselor la memorie și întreruperea livrării (a controlerul de întrerupere trebuie să poată direcționa întreruperi pentru mai multe procesoare) și, bineînțeles, suport din partea sistemului de operare. Din păcate, nu am putut găsi o mențiune documentară despre crearea primului sistem multiprocesor pe procesoarele Intel, dar Wikipedia susține că Sequent Computer Systems le-a furnizat deja în 1987, folosind procesoare Intel 80386 Suportul pentru mai multe cipuri într-un singur sistem devine larg răspândit. începând cu Intel® Pentium.

Dacă există mai multe procesoare, atunci fiecare dintre ele are propriul conector pe placă. Fiecare dintre ele are copii complete independente ale tuturor resurselor, cum ar fi registre, dispozitive de execuție, cache. Ei au o memorie comună - RAM. Memoria poate fi conectată la ele în moduri diverse și mai degrabă netriviale, dar aceasta este o poveste separată dincolo de scopul acestui articol. Important este că, în orice caz, iluzia unei memorie partajată omogenă accesibilă de la toate procesoarele incluse în sistem ar trebui creată pentru programele executabile.

Miez

S-ar părea că dacă un sistem are mai multe procesoare, atunci performanța lui este mai mare (la sarcini care pot folosi toate resursele). Cu toate acestea, dacă costul comunicării dintre ele este prea mare, atunci toate câștigurile din paralelism sunt ucise de întârzieri mari pentru transferul de date comune. Este exact ceea ce se observă în sistemele multiprocesor - atât fizic, cât și logic, sunt foarte departe unul de celălalt. Pentru o comunicare eficientă în astfel de condiții, este necesar să se vină cu autobuze specializate, cum ar fi Intel® QuickPath Interconnect. Consumul de energie, dimensiunea și prețul soluției finale, desigur, nu sunt reduse de toate acestea. Integrarea ridicată a componentelor ar trebui să vină în ajutor - trebuie introduse circuite care execută părți ale unui program paralel prieten mai apropiat unui prieten, de preferință pentru un cristal. Cu alte cuvinte, un procesor ar trebui să organizeze mai multe miezuri, identice între ele în toate, dar lucrând independent.

Primele procesoare multi-core IA-32 de la Intel au fost introduse în 2005. De atunci, numărul mediu de nuclee de pe server, desktop și acum platforme mobile este în creștere constantă.

Spre deosebire de două procesoare cu un singur nucleu de pe același sistem care partajează doar memorie, două nuclee pot partaja, de asemenea, cache-urile și alte resurse legate de memorie. Cel mai adesea, cache-urile de primul nivel rămân private (fiecare nucleu are propriul său), în timp ce al doilea și al treilea nivel pot fi fie partajate, fie separate. Această organizare a sistemului vă permite să reduceți întârzierile de livrare a datelor între nucleele învecinate, mai ales dacă lucrează la o sarcină comună.

Hyperthread

Nu este nimic nou sub soare. HT este un caz special a ceea ce se face referire în literatură drept simultaneous multithreading (SMT). Spre deosebire de nucleele „reale”, care sunt copii complete și independente, în cazul HT, doar o parte din nodurile interne, responsabile în primul rând de stocarea stării arhitecturale - registre, sunt duplicate într-un singur procesor. Nodurile executive responsabile de organizarea și prelucrarea datelor rămân singulare și în orice moment sunt utilizate de cel mult unul dintre fire. La fel ca nucleele, hyperthreadurile partajează cache-urile, dar de la ce nivel depinde de sistemul specific.

Nu voi încerca să explic toate avantajele și dezavantajele modelelor SMT în general și ale modelelor HT în special. Cititorul interesat poate găsi o discuție destul de detaliată despre tehnologie în multe surse și, desigur, pe Wikipedia. Cu toate acestea, voi observa următoarele punct important, explicând limitele actuale ale numărului de hyperthreads în producția din lumea reală.

Restricții de fire

Scenarii tipice pentru aplicații desktop și server concepute pentru arhitecturi de mașini scop general,au potențialul de paralelism activat de HT. Cu toate acestea, acest potențial este rapid folosit. Poate din acest motiv, pe aproape toate procesoarele IA-32 numărul de hyperthread-uri hardware nu depășește două. În scenariile tipice, câștigul din utilizarea a trei sau mai multe hyperthread-uri ar fi mic, dar pierderea în dimensiunea matriței, a consumului de energie și a costului este semnificativă.

O situație diferită este observată în sarcinile tipice efectuate pe acceleratoarele video. Prin urmare, aceste arhitecturi se caracterizează prin utilizarea tehnologiei SMT cu un număr mai mare de fire. Deoarece coprocesoarele Intel® Xeon Phi (introduse în 2010) sunt destul de apropiate din punct de vedere ideologic și genealogic de plăcile video, acestea pot avea patru hyperthreading pe fiecare nucleu - o configurație unică pentru IA-32.

Procesor logic

În plus, pentru comoditate, notăm numărul de procesoare, nuclee și fire dintr-un anumit sistem cu trei ( x, y, z), Unde x este numărul de procesoare, y- numărul de nuclee din fiecare procesor, și z- numărul de hyperthreads în fiecare nucleu. De acum încolo îi voi numi trei topologie- un termen consacrat care nu are prea mult de-a face cu ramura matematicii. Lucru p = xyz definește numărul de entități apelate procesoare logice sisteme. Acesta definește numărul total de contexte independente ale proceselor de aplicație pe un sistem de memorie partajată, care se execută în paralel, pe care sistemul de operare este obligat să le ia în considerare. Spun „forțat” pentru că nu poate controla ordinea de execuție a două procese pe procesoare logice diferite. Acest lucru se aplică și hyperthread-urilor: deși rulează „secvențial” pe același nucleu, ordinea specifică este dictată de hardware și nu poate fi observată sau controlată de programe.

Cel mai adesea, sistemul de operare ascunde de aplicațiile finale caracteristicile topologiei fizice a sistemului pe care rulează. De exemplu, următoarele trei topologii: (2, 1, 1), (1, 2, 1) și (1, 1, 2) - sistemul de operare va reprezenta două procesoare logice, deși primul dintre ele are două procesoare, cel al doilea - două nuclee, iar al treilea - doar două fire.

Windows Task Manager arată 8 procesoare logice; dar cât este în procesoare, nuclee și hyperthread-uri?

Linux de sus arată 4 procesoare logice.

Acest lucru este destul de convenabil pentru creatorii de aplicații - nu trebuie să se ocupe de caracteristici hardware care sunt adesea neimportante pentru ei.

Definiția software a topologiei

Informațiile despre topologia sistemului în ansamblu, precum și poziția fiecărui procesor logic în IA-32, sunt disponibile folosind instrucțiunea CPUID. De la apariția primelor sisteme multiprocesor, schema de identificare a procesorului logic a fost extinsă de mai multe ori. Până în prezent, părțile sale sunt conținute în foile 1, 4 și 11 ale CPUID. Ce fișă să se uite poate fi determinată din următoarea organigramă luată din articol:

Nu vă voi plictisi aici cu toate detaliile părților individuale ale acestui algoritm. Dacă există interes, următoarea parte a acestui articol poate fi dedicată acestui lucru. Mă voi adresa cititorului interesat, care examinează această problemă cât mai detaliat posibil. Aici voi descrie mai întâi pe scurt ce este APIC și cum se leagă de topologie. În continuare, ne vom uita la lucrul cu foaia 0xB (unsprezece în zecimală), care este în prezent ultimul cuvânt din „apico-building”.

ID APIC

În prezent, lățimea numărului stocat în ID-ul APIC a ajuns la 32 de biți, deși în trecut era limitată la 16 și chiar mai devreme - doar 8 biți. Astăzi, rămășițele din vremurile vechi sunt împrăștiate în CPUID, dar CPUID.0xB.EDX returnează toți cei 32 de biți ai ID-ului APIC. Pe fiecare procesor logic care execută independent instrucțiunea CPUID, va fi returnată o valoare diferită.

Clarificarea legăturilor de familie

Pentru procesoarele logice situate în interiorul aceluiași nucleu, toți biții ID APIC se vor potrivi, cu excepția celor care aparțin câmpului SMT. Pentru procesoarele logice situate în același procesor, toți biții, cu excepția câmpurilor Core și SMT. Deoarece numărul de subfoi pentru CPUID.0xB poate crește, această schemă ne va permite să susținem descrierea topologiilor cu un număr mai mare de niveluri, dacă va fi nevoie pe viitor. Mai mult, se vor putea introduce niveluri intermediare între cele existente.

O consecință importantă a organizării acestei scheme este că pot exista „găuri” în setul tuturor ID-urilor APIC ale tuturor procesoarelor logice din sistem, de exemplu. nu vor merge secvenţial. De exemplu, într-un procesor multi-core cu HT dezactivat, toate ID-urile APIC se pot dovedi a fi egale, deoarece bitul cel mai puțin semnificativ responsabil pentru codificarea numărului de hyperthread va fi întotdeauna zero.

Observ că CPUID.0xB nu este sursă unică informații despre procesoarele logice disponibile pentru sistemul de operare. O listă a tuturor procesoarelor disponibile, împreună cu valorile lor APIC ID, este codificată în tabelul MADT ACPI.

Sisteme de operare și topologie

Pe Linux, informațiile de topologie sunt conținute în pseudofișierul /proc/cpuinfo, precum și în rezultatul comenzii dmidecode. În exemplul de mai jos, filtrez conținutul cpuinfo pe un sistem quad-core fără HT, lăsând doar intrări legate de topologie:

Text ascuns

ggg@shadowbox:~$ cat /proc/cpuinfo |grep „procesor\|physical\ id\|frați\|core\|cores\|apicid” procesor: 0 fizică id: 0 frați: 4 core id: 0 nuclee CPU: 2 apicid: 0 inițial apicid: 0 procesor: 1 fizic id: 0 frați: 4 core id: 0 nuclee CPU: 2 apicid: 1 inițial apicid: 1 procesor: 2 id fizic: 0 frați: 4 core id: 1 nuclee CPU: 2 apicid: 2 inițial apicid: 2 procesor: 3 fizic id: 0 frați: 4 core id: 1 nuclee CPU: 2 apicid: 3 inițial apicid: 3

Pe FreeBSD, topologia este raportată prin mecanismul sysctl în variabila kern.sched.topology_spec ca XML:

Text ascuns

utilizator@gazdă:~$ sysctl kern.sched.topology_spec kern.sched.topology_spec: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1 grup THREADgrupul SMT 2, 3 grup THREADgrupul SMT 4, 5 grup THREADgrupul SMT 6, 7 grup THREADgrupul SMT

În MS Windows 8, informațiile despre topologie pot fi văzute în Managerul de activități.