Vyhľadávací modul nie je nainštalovaný.

Jedno jadro alebo dvojjadro?

Victor Kuts

Najvýznamnejšou nedávnou udalosťou v oblasti mikroprocesorov bola široká dostupnosť CPU vybavených dvoma výpočtovými jadrami. Prechod na dvojjadrovú architektúru je spôsobený tým, že tradičné metódy zvyšovania výkonu procesorov sa úplne vyčerpali – proces zvyšovania ich taktovacích frekvencií v r. v poslednej dobe zastavil.

Napríklad za posledný rok pred príchodom dvojjadrových procesorov dokázal Intel zvýšiť frekvencie svojich CPU o 400 MHz a AMD ešte menej – len o 200 MHz. Iné metódy na zlepšenie výkonu, ako je zvýšenie rýchlosti zbernice a veľkosti vyrovnávacej pamäte, tiež stratili svoju bývalú účinnosť. Ako najlogickejší krok na zložitej a tŕnistej ceste zvyšovania výkonu moderných počítačov sa v súčasnosti ukázalo uvedenie dvojjadrových procesorov, ktoré majú dve procesorové jadrá v jednom čipe a zdieľajú záťaž.

Čo predstavuje dvojjadrový procesor? Dvojjadrový procesor je v princípe systém SMP (Symmetric MultiProcessing; termín označujúci systém s niekoľkými rovnakými procesormi) a v podstate sa nelíši od bežného dvojprocesorového systému pozostávajúceho z dvoch nezávislých procesorov. Takto získame všetky výhody dvojprocesorových systémov bez potreby zložitých a veľmi drahých dvojprocesorových systémov. základné dosky.

Intel sa už predtým pokúsil o paralelizáciu vykonávaných inštrukcií – hovoríme o technológii HyperThreading, ktorá zabezpečuje rozdelenie zdrojov jedného „fyzického“ procesora (cache, pipeline, exekučné jednotky) medzi dva „virtuálne“ procesory. . Nárast výkonu (v jednotlivých aplikáciách optimalizovaných pre HyperThreading) bol približne 10-20 %. Zatiaľ čo plnohodnotný dvojjadrový procesor, ktorý obsahuje dve „poctivé“ fyzické jadrá, poskytuje zvýšenie výkonu systému o 80-90% a ešte viac (samozrejme s plným využitím možností oboch jeho jadier).

Hlavným iniciátorom propagácie dvojjadrových procesorov bola spoločnosť AMD, ktorá začiatkom roku 2005 uviedla na trh prvý dvojjadrový serverový procesor Opteron. Čo sa týka desktopových procesorov, iniciatívy sa chopil Intel, ktorý to oznámil približne v rovnakom čase procesory Intel Pentium D a Intel Extreme Edition. Pravda, oznámenie podobného radu procesorov Athlon64 X2 z produkcie AMD sa oneskorilo len o pár dní.

Dvojjadrové procesory Intel

Prvé dvojjadrové procesory Intel Pentium D 8xx boli založené na jadre Smithfield, čo nie je nič iné ako dve jadrá Prescott spojené na jednom polovodičovom čipe. Je tam umiestnený aj arbiter, ktorý monitoruje stav systémovej zbernice a pomáha rozdeliť prístup k nej medzi jadrá, z ktorých každé má svoju 1 MB vyrovnávaciu pamäť druhej úrovne. Veľkosť takéhoto kryštálu, vyrobeného 90-nm procesnou technológiou, dosiahla 206 metrov štvorcových. mm a počet tranzistorov sa blíži k 230 miliónom.

Pre pokročilých používateľov a nadšencov ponúka Intel procesory Pentium Extreme Edition, ktoré sa od Pentium D líšia podporou technológie HyperThreading (a odomknutým násobičom), vďaka čomu ich operačný systém deteguje ako štyri logické procesory. Všetky ostatné funkcie a technológie oboch procesorov sú úplne rovnaké. Medzi nimi je podpora pre 64-bitovú inštrukčnú sadu EM64T (x86-64), technológie šetriace energiu EIST (Enhanced Intel SpeedStep), C1E (Enhanced Halt State) a TM2 (Thermal Monitor 2), ako aj NX-bitové informácie. ochranná funkcia. Značný cenový rozdiel medzi procesormi Pentium D a Pentium EE je teda do značnej miery umelý.

Čo sa týka kompatibility, procesory založené na jadre Smithfield možno potenciálne nainštalovať do akejkoľvek základnej dosky LGA775, pokiaľ spĺňa požiadavky Intelu na napájací modul dosky.

Ale prvá placka, ako inak, bola katastrofa – v mnohých aplikáciách (z ktorých väčšina nie je optimalizovaná pre multi-threading) dvojjadrové procesory Pentium D nielenže neprekonali jednojadrové procesory Prescott bežiace na rovnakej frekvencii hodín. , no niekedy s nimi aj prehral. Je zrejmé, že problém spočíva v interakcii jadier prostredníctvom procesorovej zbernice Quad Pumped Bus (pri vývoji jadra Prescott nebolo urobené žiadne opatrenie na škálovanie jeho výkonu zvýšením počtu jadier).

Na odstránenie nedostatkov prvej generácie dvojjadrových procesorov Intel boli povolané procesory založené na 65-nm jadre Presler (dve samostatné jadrá Cedar Mill umiestnené na rovnakom substráte), ktoré sa objavili na samom začiatku tohto roka. . „Jemnejší“ technický proces umožnil znížiť plochu jadier a ich spotrebu energie, ako aj zvýšiť taktovacie frekvencie. Dvojjadrové procesory založené na jadre Presler sa nazývali Pentium D s indexmi 9xx. Ak porovnáme procesory radu Pentium D 800 a 900, nové procesory okrem citeľného zníženia spotreby energie zdvojnásobili vyrovnávaciu pamäť druhej úrovne (2 MB na jadro namiesto 1 MB) a podporu sľubnej virtualizačnej technológie Vanderpool ( Virtualizačná technológia Intel). Okrem toho bol vydaný procesor Pentium Extreme Edition 955 s povolenou technológiou HyperThreading a pracujúci na frekvencii systémovej zbernice 1066 MHz.

Oficiálne sú procesory založené na jadre Presler s frekvenciou zbernice 1066 MHz kompatibilné iba so základnými doskami založenými na čipsetoch série i965 a i975X, zatiaľ čo 800 MHz Pentium D budú vo väčšine prípadov fungovať na všetkých základné dosky, podporujúci tento autobus. Opäť však vyvstáva otázka o napájaní týchto procesorov: tepelný balík Pentium EE a Pentium D, s výnimkou mladšieho modelu, je 130 W, čo je takmer o tretinu viac ako Pentium 4. Podľa samotného Intelu je stabilná prevádzka dvojjadrového systému možná len pri použití zdrojov s výkonom aspoň 400 W.

Najúčinnejšie moderné dvojjadrové procesory Intel pre stolné počítače sú bezpochyby Intel Core 2 Duo a Core 2 eXtreme (jadro Conroe). Ich architektúra rozvíja základné princípy architektúry rodiny P6, avšak množstvo zásadných inovácií je také veľké, že je čas hovoriť o novej, 8. generácii procesorovej architektúry (P8) Intel. Napriek nižšej taktovacej frekvencii výrazne prekonávajú rodinu procesorov P7 (NetBurst) vo výkone v drvivej väčšine aplikácií – predovšetkým vďaka zvýšeniu počtu operácií vykonávaných v každom taktovacom cykle, ako aj znížením strát spôsobených veľká dĺžka potrubia P7.

Stolové procesory radu Core 2 Duo sú dostupné v niekoľkých verziách:
- Séria E4xxx - FSB 800 MHz, 2 MB L2 cache spoločná pre obe jadrá;
- Séria E6xxx - FSB 1066 MHz, veľkosť vyrovnávacej pamäte 2 alebo 4 MB;
- Séria X6xxx (eXtreme Edition) - FSB 1066 MHz, veľkosť vyrovnávacej pamäte 4 MB.

Písmenový kód "E" označuje rozsah spotreby energie od 55 do 75 wattov, "X" - nad 75 wattov. Core 2 eXtreme sa od Core 2 Duo líši iba zvýšeným taktom.

Všetky procesory Conroe používajú dobre vyvinutú zbernicu Quad Pumped Bus a päticu LGA775. Čo však neznamená kompatibilitu so staršími základnými doskami. Okrem podpory taktu 1067 MHz musia základné dosky pre nové procesory obsahovať nový modul regulácie napätia (VRM 11). Tieto požiadavky spĺňajú najmä aktualizované verzie základných dosiek na základe čipsety Intel 975 a 965, ako aj NVIDIA nForce 5xx Intel Edition a ATI Xpress 3200 Intel Edition.

V nasledujúcich dvoch rokoch budú procesory Intel všetkých tried (mobilné, desktopové a serverové) založené na architektúre Intel Core a hlavný vývoj bude smerovať k zvyšovaniu počtu jadier na čipe a zlepšovaniu ich externých rozhraní. . Najmä pre trh stolných počítačov bude tento procesor Kentsfield – prvý štvorjadrový procesor Intel pre segment vysokovýkonných stolných počítačov.

Dvojjadrové procesory AMD

Rad dvojjadrových procesorov AMD Athlon 64 X2 využíva dve jadrá (Toledo a Manchester) v jednej matrici, vyrobené 90 nm procesnou technológiou s použitím technológie SOI. Každé z jadier Athlon 64 X2 má vlastnú sadu akčných členov a vyhradenú vyrovnávaciu pamäť druhej úrovne, zdieľajú radič pamäte a radič zbernice HyperTransport. Rozdiely medzi jadrami sú vo veľkosti vyrovnávacej pamäte druhej úrovne: Toledo má vyrovnávaciu pamäť L2 s veľkosťou 1 MB na jadro, zatiaľ čo Manchester má polovičné číslo (každý 512 KB). Všetky procesory majú 128 KB L1 cache a ich maximálny odvod tepla nepresahuje 110 W. Toledské jadro pozostáva z približne 233,2 milióna tranzistorov a má rozlohu približne 199 metrov štvorcových. mm. Jadro Manchestru je citeľne menšie – 147 metrov štvorcových. mm., počet tranzistorov je 157 miliónov.

Dvojjadrové procesory Athlon64 X2 zdedené z Athlon64 podporujú technológiu úspory energie Cool`n`Quiet, sadu 64-bitových rozšírení AMD64, SSE - SSE3 a funkciu ochrany informácií bitov NX.

Na rozdiel od dvojjadrových procesorov Intel, ktoré pracujú iba s pamäťou DDR2, je Athlon64 X2 schopný pracovať s pamäťou DDR400 (Socket 939), ktorá poskytuje maximálnu šírku pásma 6,4 GB/s, a DDR2-800 (Socket AM2), ktorej špičková priepustnosť je 12,8 GB/s.

Na všetkých pomerne moderných základných doskách procesory Athlon64 X2 fungujú bez problémov - na rozdiel od Intel Pentium D nekladú žiadne špecifické požiadavky na dizajn napájacieho modulu základnej dosky.

Až donedávna bol AMD Athlon64 X2 považovaný za najproduktívnejší medzi stolnými procesormi, ale s vydaním Intel Core 2 Duo sa situácia radikálne zmenila - posledne menované sa stali nespornými lídrami, najmä v herných a multimediálnych aplikáciách. Nové procesory Intel majú navyše nižšiu spotrebu energie a oveľa efektívnejšie mechanizmy správy napájania.

AMD s týmto stavom nebolo spokojné a v reakcii na to oznámilo v polovici roku 2007 vydanie nového 4-jadrového procesora s vylepšenou mikroarchitektúrou, známeho ako K8L. Všetky jeho jadrá budú mať samostatné vyrovnávacie pamäte L2 s veľkosťou 512 kB a jednu spoločnú vyrovnávaciu pamäť úrovne 3 s veľkosťou 2 MB (v ďalších verziách procesora sa môže vyrovnávacia pamäť L3 zväčšiť). Podrobnejší pohľad architektúra AMD K8L bude recenzovaný v jednom z nadchádzajúcich vydaní nášho časopisu.

Jedno jadro alebo dve?

Už letmý pohľad na súčasný stav trhu s desktopovými procesormi naznačuje, že éra jednojadrových procesorov sa postupne stáva minulosťou – obaja poprední svetoví výrobcovia prešli na výrobu najmä viacjadrových procesorov. Softvér však, ako sa už viackrát stalo, stále zaostáva za úrovňou vývoja hardvéru. Na plné využitie možností niekoľkých procesorových jadier musí byť softvér schopný „rozdeliť“ sa do niekoľkých paralelných vlákien spracovaných súčasne. Iba s týmto prístupom je možné rozložiť záťaž na všetky dostupné výpočtové jadrá, čím sa skráti výpočtový čas viac, ako by sa dalo dosiahnuť zvýšením taktovacej frekvencie. Zatiaľ čo veľká väčšina moderných programov nedokáže využiť všetky možnosti, ktoré poskytujú dvojjadrové alebo najmä viacjadrové procesory.

Aké typy používateľských aplikácií je možné najefektívnejšie paralelizovať, to znamená, že bez špeciálneho spracovania programového kódu vám umožňujú vybrať niekoľko úloh (programových vlákien), ktoré je možné vykonávať paralelne, a tým zaťažiť niekoľko procesorových jadier prácou pri raz? Veď len takéto aplikácie poskytujú nejaký citeľný nárast výkonu od uvedenia viacjadrových procesorov.

Najväčšie výhody multiprocessingu prinášajú aplikácie, ktoré spočiatku umožňujú prirodzenú paralelizáciu výpočtov so zdieľaním dát, napríklad realistické počítačové renderovacie balíčky – 3DMax a podobne. Môžete tiež očakávať dobré zvýšenie výkonu od multiprocessingu v kódovacích aplikáciách multimediálne súbory(audio a video) z jedného formátu do druhého. Úlohy úpravy 2D obrazu sa navyše dobre hodia na paralelizáciu grafických editorov ako populárny Photoshop.

Nie nadarmo sú aplikácie všetkých vyššie uvedených kategórií hojne využívané v testoch, keď chcú ukázať výhody virtuálneho multiprocesingu Hyper-Threading. A o skutočnom multiprocesingu nie je čo povedať.

V moderných 3D herných aplikáciách by sme však nemali očakávať žiadne výrazné zvýšenie rýchlosti od viacerých procesorov. prečo? Pretože typickú počítačovú hru nemožno jednoducho paralelizovať do dvoch alebo viacerých procesov. Preto bude druhý logický procesor v najlepšom prípade vykonávať iba pomocné úlohy, ktoré neposkytnú prakticky žiadne zvýšenie výkonu. A vývoj viacvláknovej verzie hry od samého začiatku je pomerne zložitý a vyžaduje značnú prácu – niekedy oveľa viac ako vytvorenie jednovláknovej verzie. Tieto mzdové náklady sa, mimochodom, ešte nemusia vyplatiť z ekonomického hľadiska. Výrobcovia počítačových hier sa totiž tradične zameriavajú na najrozšírenejšiu časť používateľov a nové možnosti počítačového hardvéru začínajú využívať len vtedy, ak je rozšírený. Je to jasne vidieť na používaní možností grafických kariet vývojármi hier. Napríklad po tom, čo sa objavili nové video čipy s podporou shader technológií, vývojári hier na dlhú dobu ignoroval ich a zameral sa na možnosti riešenia zníženej hmotnosti. Takže ani pokročilí hráči, ktorí si kúpili najsofistikovanejšie grafické karty tých rokov, nedostali normálne hry, ktoré využívali všetky ich schopnosti. Zhruba podobná situácia je dnes s dvojjadrovými procesormi. Dnes už nie je veľa hier, ktoré skutočne využívajú technológiu HyperThreading, napriek tomu, že masové procesory s jej podporou sú už niekoľko rokov v plnej výrobe.

V kancelárskych aplikáciách nie je situácia taká jednoznačná. Po prvé, programy tejto triedy zriedka fungujú samostatne - oveľa bežnejšou situáciou je, keď na počítači beží niekoľko paralelne spustených kancelárskych aplikácií. Používateľ napríklad pracuje s textový editor, a zároveň sa webová stránka načíta do prehliadača, ako aj do pozadia vykonáva sa vyhľadávanie vírusov. Je zrejmé, že spustenie viacerých aplikácií vám umožňuje jednoducho používať viacero procesorov a zvýšiť výkon. Navyše všetko Verzie systému Windows XP, vrátane Home Edition (ktorej bola pôvodne odmietnutá podpora pre viacjadrové procesory), už dokáže využívať výhody dvojjadrových procesorov tak, že medzi ne rozdelí programové vlákna. Zabezpečuje tak vysokú efektivitu pri vykonávaní mnohých programov na pozadí.

Istý efekt teda môžeme očakávať aj od neoptimalizovaných kancelárskych aplikácií, ak sú spustené paralelne, no ťažko pochopiť, či takýto nárast výkonu stojí za výrazné zvýšenie nákladov na dvojjadrový procesor. okrem toho určitá nevýhoda Dvojjadrové procesory (najmä procesory Intel Pentium D) znamená, že aplikácie, ktorých výkon nie je obmedzený výpočtovým výkonom samotného procesora, ale rýchlosťou prístupu k pamäti, nemusia mať z viacerých jadier taký úžitok.

Záver

Niet pochýb o tom, že budúcnosť rozhodne patrí viacjadrovým procesorom, no dnes, keď väčšina existujúceho softvéru nie je optimalizovaná pre nové procesory, nie sú ich výhody až také zrejmé, ako sa výrobcovia snažia ukazovať vo svojich propagačných materiáloch. Áno, o niečo neskôr, keď dôjde k prudkému nárastu počtu aplikácií, ktoré podporujú viacjadrové procesory (predovšetkým ide o 3D hry, v ktorých CPU novej generácie pomôžu výrazne odľahčiť grafický systém), ich nákup by bol vhodný, ale teraz... Už dávno je známe, že nákup procesorov „pre rast“ zďaleka nie je najefektívnejšia investícia.

Na druhej strane pokrok je rýchly a pre bežného človeka je každoročná výmena počítača možno až príliš. Všetci majitelia pomerne moderných systémov založených na jednojadrových procesoroch by sa preto v blízkej budúcnosti nemali príliš obávať - ​​vaše systémy budú nejaký čas „na rovnakej úrovni“, zatiaľ čo tí, ktorí plánujú nákup nový počítač, stále by sme odporúčali upriamiť vašu pozornosť na relatívne lacné juniorské modely dvojjadrových procesorov.

...v procese vývoja bude počet jadier stále viac a viac.

(Vývojári Intel)

Viac jadro, a tiež jadro a mnoho, mnoho ďalších jadro!..

...Donedávna sme o tom nepočuli ani nevedeli viacjadrový procesory a dnes agresívne nahrádzajú jednojadrové procesory. Začal sa boom viacjadrových procesorov, ktorý je zatiaľ len nepatrný! – brzdia ich relatívne vysoké ceny. Nikto však nepochybuje, že budúcnosť je vo viacjadrových procesoroch!...

Čo je jadro procesora

V centre moderného centrálneho mikroprocesora ( CPU– skr. z angličtiny centrálna procesorová jednotka– centrálne výpočtové zariadenie) je jadro ( jadro) je kremíkový kryštál s plochou približne jeden centimeter štvorcový, na ktorom je znázornená schéma zapojenia procesora, tzv. architektúra (architektúra čipu).

Jadro je spojené so zvyškom čipu (nazýva sa „balík“ CPU balík) pomocou technológie flip-chip ( flip-chip, flip-chip bonding– obrátené jadro, upevnenie metódou obráteného kryštálu). Táto technológia dostala svoje meno, pretože smerom von – viditeľná – časť jadra je v skutočnosti jeho „spodok“ – na zabezpečenie priameho kontaktu s chladičom chladiča pre lepší prenos tepla. Na zadnej (neviditeľnej) strane je samotné „rozhranie“ - spojenie medzi kryštálom a obalom. Spojenie medzi jadrom procesora a obalom je vytvorené pomocou kolíkov ( Spájkovacie hrbolčeky).

Jadro je umiestnené na textolitovom podklade, po ktorom vedú kontaktné dráhy k „nohám“ (kontaktným plôškam), vyplneným tepelným rozhraním a pokrytým ochranným kovovým krytom.

Prvý (prirodzene, jednojadrový!) mikroprocesor Intel 4004 bola predstavená 15. novembra 1971 spoločnosťou Intel Corporation. Obsahoval 2 300 tranzistorov, taktovaný na 108 kHz a stál 300 dolárov.

Požiadavky na výpočtový výkon centrálneho mikroprocesora neustále rástli a rastú. Ak sa však predchádzajúci výrobcovia procesorov museli neustále prispôsobovať aktuálnym naliehavým (stále rastúcim!) požiadavkám používateľov, teraz sú výrobcovia čipov oveľa popredu!

Po dlhú dobu dochádzalo k zlepšeniam výkonu tradičných jednojadrových procesorov hlavne vďaka neustálemu zvyšovaniu taktovacej frekvencie (asi 80 % výkonu procesora bolo určených taktovacou frekvenciou) pri súčasnom zvyšovaní počtu tranzistorov na jednom čipe. . Ďalšie zvýšenie taktovacej frekvencie (pri frekvencii vyššej ako 3,8 GHz sa čipy jednoducho prehrievajú!) však naráža na množstvo základných fyzických prekážok (keďže technologický proces sa takmer priblížil veľkosti atómu: dnes sa procesory vyrábajú 45-nm technológiou a veľkosť atómu kremíka je približne 0,543 nm):

Po prvé, keď sa veľkosť kryštálu zmenšuje a frekvencia hodín sa zvyšuje, zvodový prúd tranzistorov sa zvyšuje. To vedie k zvýšenej spotrebe energie a zvýšenému tepelnému výkonu;

Po druhé, výhody vyšších rýchlostí hodín sú čiastočne negované oneskorením prístupu do pamäte, pretože časy prístupu do pamäte nedržia krok so zvyšujúcou sa rýchlosťou hodín;

Po tretie, pre niektoré aplikácie sa tradičné sériové architektúry stávajú neefektívnymi, pretože rýchlosť hodín sa zvyšuje v dôsledku takzvaného „von Neumannovho úzkeho miesta“, čo je obmedzenie výkonu vyplývajúce zo sekvenčného výpočtového toku. Súčasne sa zvyšuje oneskorenie prenosu RC signálu, čo je ďalšie úzke hrdlo spojené so zvýšením taktovacej frekvencie.

Používanie viacprocesorových systémov tiež nie je rozšírené, pretože si vyžaduje zložité a drahé viacprocesorové základné dosky. Preto bolo rozhodnuté ďalej zlepšovať výkon mikroprocesorov inými prostriedkami. Koncept bol uznaný ako najefektívnejší smer multithreading, ktorý vznikol vo svete superpočítačov, je simultánne paralelné spracovanie viacerých príkazových tokov.

Takže v hĺbke spoločnosti Intel sa narodil Technológia Hyper-Threading (HTT) je technológia spracovania údajov so supervláknami, ktorá umožňuje procesoru vykonávať paralelne až štyri programové vlákna na jednojadrovom procesore súčasne. Hyper-threading výrazne zvyšuje efektivitu spúšťania aplikácií náročných na zdroje (napríklad tých, ktoré súvisia s úpravou zvuku a videa, 3D-simulácia), ako aj prevádzka OS v režime multitaskingu.

CPU Pentium 4 so zahrnutými Hyper-threading má jeden fyzické jadro, ktoré je rozdelené na dve časti logické, takže operačný systém ho identifikuje ako dva rôzne procesory (namiesto jedného).

Hyper-threading sa vlastne stal odrazovým mostíkom k vytvoreniu procesorov s dvoma fyzickými jadrami na jednom čipe. V 2-jadrovom čipe pracujú dve jadrá (dva procesory!) paralelne, ktoré pri nižšej taktovacej frekvencii poskytujú O lepší výkon, pretože dva nezávislé prúdy inštrukcií sa vykonávajú paralelne (súčasne!).

Nazýva sa schopnosť procesora vykonávať viacero programových vlákien súčasne paralelizmus na úrovni vlákien (TLP – paralelizmus na úrovni vlákien). Potreba TLP závisí od konkrétnej situácie (v niektorých prípadoch je to jednoducho zbytočné!).

Hlavné problémy vytvárania procesorov

Každé jadro procesora musí byť nezávislé, s nezávislou spotrebou energie a ovládateľným výkonom;

Softvérový trh by mal byť vybavený programami, ktoré dokážu efektívne rozdeliť algoritmus vetvenia inštrukcie na párny (pre procesory s párnym počtom jadier) alebo nepárny (pre procesory s nepárnym počtom jadier) počet vlákien;

…

Podľa tlačovej služby AMD, dnes trh so 4-jadrovými procesormi tvorí nie viac ako 2 % z celkového objemu. Je zrejmé, že pre moderného kupujúceho nákup 4-jadrového procesora pre domáce potreby stále nemá zmysel z mnohých dôvodov. Po prvé, dnes prakticky neexistujú žiadne programy, ktoré by dokázali efektívne využívať výhody 4 súčasne spustených vlákien; po druhé, výrobcovia pozícia 4-jadrových procesorov ako Hi-End-riešenia pridaním do zariadenia najmodernejšie grafické karty a veľké pevné disky - a to v konečnom dôsledku zvyšuje náklady na už tak drahé …

Vývojári Intel hovoria: „...v procese vývoja bude počet jadier stále viac a viac...“.

Čo nás čaká v budúcnosti

V korporácii Intel už nehovoria o „viacjadrových“ ( Viacjadrové) procesory, ako sa to robí v súvislosti s 2-, 4-, 8-, 16- alebo dokonca 32-jadrovými riešeniami, ale o „viacjadrových“ ( Mnoho-jadrové), čo znamená úplne novú makroštruktúru architektúry čipu, porovnateľnú (ale nie podobnú) s architektúrou procesora Cell.

Štruktúra takých Mnoho-jadrové-chip zahŕňa prácu s rovnakou sadou inštrukcií, ale s použitím výkonného centrálneho jadra alebo niekoľkých výkonných CPU, „obklopený“ mnohými pomocnými jadrami, ktoré pomôžu efektívnejšie spracovávať zložité multimediálne aplikácie vo viacvláknovom režime. Okrem „univerzálnych“ jadier aj procesory Intel bude mať tiež špecializované jadrá na vykonávanie rôznych tried úloh - ako je grafika, algoritmy rozpoznávania reči, spracovanie komunikačných protokolov.

Presne takúto architektúru predstavil Justin Rattner ( Justin R. Rattner), vedúci sektora Corporate Technology Group Intel, na tlačovej konferencii v Tokiu. Takýchto pomocných jadier môže byť podľa neho v novom viacjadrovom procesore niekoľko desiatok. Na rozdiel od zamerania na veľké, energeticky náročné výpočtové jadrá s vysokým odvodom tepla, viacjadrové kryštály Intel aktivuje iba tie jadrá, ktoré sú potrebné na dokončenie aktuálnej úlohy, zatiaľ čo ostatné jadrá budú deaktivované. To umožní kryštálu spotrebovať presne toľko elektriny, koľko je potrebné. momentálnečas.

V júli 2008 spol Intel oznámil, že zvažuje možnosť integrácie niekoľkých desiatok až tisícok výpočtových jadier do jedného procesora. Vedúci inžinier spoločnosti Envar Galum ( Anwar Ghuloum) na svojom blogu napísal: “Nakoniec vám odporúčam vziať si odo mňa nasledujúcu radu... vývojári by už teraz mali začať premýšľať o desiatkach, stovkách a tisíckach jadier.” Podľa neho momentálne Intel skúma technológie, ktoré by mohli škálovať výpočtovú techniku ​​„podľa počtu jadier, ktoré zatiaľ nepredávame“.

V konečnom dôsledku bude úspech viacjadrových systémov závisieť od vývojárov, ktorí pravdepodobne budú musieť zmeniť programovacie jazyky a prepísať existujúce knižnice, povedal Galum.

Je nemožné pochopiť tento problém bez toho, aby sme vedeli, čo je 4-jadrový procesor. S jedno-, dvoj- a trojjadrovými procesormi je všetko jednoduché: majú jedno, dve alebo tri jadrá. Čo sa týka 4 jadra, nie je všetko také, ako sa na prvý pohľad zdá.

2 alebo 4 jadrový procesor?

Väčšina ľudí robí chybu, keď si myslí, že frekvencia každého jadra sa sčítava. Keďže frekvencia jadier je 2,5 GHz a jadrá sú 4, znamená to 2,5 * 4 = 10 GHz. Ale nie je to tak: frekvencia je vždy rovnaká - 2,5 GHz. Prečo sa frekvencia nesčítava? Pretože každý procesor pracuje paralelne na tejto frekvencii.

Časť je časť času, na výpočet ktorej procesor prideľuje zdroje všetkým vláknam vstupujúcim do procesora. Sú to ako 4 diaľnice s maximálnou rýchlosťou 60 km/h (2,5 GHz): máme kamióny, ktoré nám musia dovážať tovar (to sú naše časti programu alebo časti programu), a aby sme zvýšili rýchlosť dodania (zvýšenie výkonu systému), musíme využiť všetky 4 diaľnice alebo zvýšiť maximálnu rýchlosť (3,0 GHz). Ale pre väčšinu programov nie je možné pracovať vo viacerých vláknach, pretože pracujú v jednom vlákne a sú schopné používať iba jednu diaľnicu (čo znamená, že nášmu programu bude pridelených iba 25% celkového výkonu procesora), pretože v programe je logika musia byť vykonávané sekvenčne (vláknovo) a ak porušíte postupnosť, logika sa zlomí, čo povedie k zlyhaniam. Nové programy sa snažia využívať multiprogramovanie – schopnosť pracovať vo viacerých vláknach (naše diaľnice), a nie v jednom, ako väčšina programov teraz. Hry sú z väčšej časti optimalizované aj pre multithreading, ale hlavné vlákno zvyčajne beží na jednom. Aj keď teraz sa to snažia rozdeliť na viacero, aby to bolo jednoduchšie a rýchlejšie. Preto pre hry alebo aplikácie, ktoré zvyčajne bežia v jednom alebo dvoch vláknach, je lepšie vziať 2-jadrový procesor.

Ak je frekvencia dvojjadrového ako štvorjadrového, tak je samozrejme lepšie zobrať štvorjadrový, pretože nám beží obrovské množstvo programov súčasne, aj keď s slabé zaťaženie. Výkon systému získame vďaka tomu, že všetky ostatné procesy môžu byť preemptované do iného jadra, keď je jeden z nich plne zaťažený. Frekvencia nových dvojjadrových je však zvyčajne vyššia ako frekvencia nových štvorjadrových. Preto pri testovaní v hrách vyhrávajú 2-jadrové s vyššou frekvenciou ako 4-jadrové s nižšou frekvenciou.

Teraz o radoch:

Teraz pochopme, že pri prechode z jednojadrového na dvojjadrové sa rýchlosť zvyšuje rýchlejšie nielen vďaka súčasnému spracovaniu jadrami, ale aj vďaka čakaniu a čakaniu na procesor.

Frekvencia jednojadrového procesora a dvojjadrového procesora je rovnaká, no počítač beží rýchlejšie s 2 jadrami. Ide o multiprogramovanie, kde sa pri prechode z jednojadra na dvojjadro výrazne zvýši rýchlosť. A multiprogramovanie je práca s vláknami. Predstavme si 2 vlákna, napr. Windows funguje a beh počítačová hra. Ak máme jedno jadro, potom sa postupne spracováva hra (časť) a potom práca systému Windows (časť). Procesy musia čakať v rade, t.j. keď je spracovaný „kus“ hry, Windows musí čakať na koniec spracovania hry (časť hry). Keď sme prešli na 2 jadrá, dokonca s rovnakou frekvenciou ako jednojadro, počítač začne spracovávať rýchlejšie, pretože front sa zníži dvakrát.

Podrobnejšie vysvetlím na príklade 100 aplikácií Ak máme 1 jadro, potom je spracovaná 1 aplikácia, zostávajúcich 99 čaká na rad. A čím dlhší rad, tým dlhšie aktualizácie trvajú a vtedy máme pocit, že sa náš systém spomaľuje. A keď máme 2 jadrá, front je rozdelený na polovicu, teda 50 aplikácií na jednom a 50 na druhom, preto je ich aktualizácia jednoduchšia a rýchlejšia. Je dôležité vedieť, že front sa zmenšuje a naše aplikácie sa aktualizujú rýchlejšie.

Ak chcete vlákno otestovať, spustite winrar na kompresiu veľkého súboru a pozrite sa do manažéra (komprimuje sa do jedného vlákna), koľko zdrojov CPU spotrebuje (25% na 4 jadrách a 50% na 2 jadrách). Z toho vyplýva, že našej hre, ak beží v jednom vlákne na štvorjadrovom procesore, bude pridelených 25 % výkonu procesora, 50 % na dvojjadrovom procesore. V hrách máme multithreading, no hlavné vlákno v hre bude stále spracovávať štvrtina procesora (v štvorjadrovom procesore).

Všetko bolo zvážené zjednodušeným spôsobom: 2-jadro s vyššou frekvenciou je vhodnejšie pre hry, pretože viac frekvencií je pridelených jednému vláknu a 4-jadro je vhodné pre viacvláknové dáta, napríklad veľa aplikácií spustených súčasne.

2-jadrový procesor i5 disponuje technológiou, ktorá mu umožňuje simulovať chod systému ako pri 4-jadrovom procesore. V skutočnosti sú len 2 jadrá, no pre Windows je simulovaná prevádzka 4 jadier. 4 fronty (vlákna) Postupne sa spracovávajú 2 fronty (vlákna) na jadro. Každé jadro zaberá časť každého vlákna, to znamená, že môže byť štvorjadrové.

Preteky o dodatočný výkon na trhu s procesormi môžu vyhrať len tí výrobcovia, ktorí na základe súčasných výrobných technológií dokážu poskytnúť rozumnú rovnováhu medzi taktom a počtom výpočtových jadier. Vďaka prechodu na 90- a 65-nm výrobné procesy bolo možné vytvárať procesory s veľkým počtom jadier. Do veľkej miery to bolo spôsobené novými možnosťami úpravy odvodu tepla a veľkostí jadier, a preto sme dnes svedkami nástupu čoraz väčšieho počtu štvorjadrových procesorov. Ale čo softvér? Ako dobre sa škáluje z jedného na dve alebo štyri jadrá?

V ideálnom svete umožňujú programy, ktoré sú optimalizované pre multithreading, operačný systém distribuovať viacero vlákien medzi dostupné jadrá spracovania, či už ide o jeden procesor alebo viacero procesorov, jednojadrových alebo viacjadrových. Pridanie nových jadier umožňuje väčšie zvýšenie výkonu ako akékoľvek zvýšenie rýchlosti hodín. V skutočnosti to dáva zmysel: viac pracovníkov takmer vždy dokončí úlohu rýchlejšie ako menej, rýchlejších pracovníkov.

Má však zmysel vybavovať procesory štyrmi alebo dokonca viacerými jadrami? Je dosť práce na načítanie štyroch alebo viac jadier? Nezabudnite, že je veľmi ťažké rozdeliť prácu medzi jadrá, aby sa fyzické rozhrania ako HyperTransport (AMD) alebo Front Side Bus (Intel) nestali prekážkou. Existuje tretia možnosť: prekážkou sa môže stať aj mechanizmus, ktorý rozdeľuje záťaž medzi jadrá, konkrétne správca OS.

Prechod AMD z jedného na dvojjadrá bol takmer bezchybný, pretože spoločnosť nezvýšila tepelnú obálku na extrémne úrovne, ako to urobila s procesormi Intel Pentium 4. Preto boli procesory Athlon 64 X2 drahé, ale celkom rozumné a Pentium Linka D 800 bola známa svojou horúcou prácou. Ale 65nm procesory Intel a najmä rad Core 2 zmenili obraz. Intel dokázal na rozdiel od AMD skombinovať dva procesory Core 2 Duo v jednom balíku, výsledkom čoho je moderný Core 2 Quad. AMD sľubuje vydanie vlastných štvorjadrových procesorov Phenom X4 do konca tohto roka.

V našom článku sa pozrieme na konfiguráciu Core 2 Duo so štyrmi jadrami, dvomi jadrami a jedným jadrom. A pozrime sa, ako dobre sa mení výkon. Oplatí sa dnes prejsť na štyri jadrá?

Jedno jadro

Termín „jednojadrový“ označuje procesor, ktorý má jedno výpočtové jadro. To zahŕňa takmer všetky procesory od začiatku architektúry 8086 až po Athlon 64 a Intel Pentium 4. Kým sa výrobný proces nestal dostatočne tenkým na vytvorenie dvoch výpočtových jadier na jednom čipe, prechod na technológiu menšieho procesu sa používal na zníženie prevádzkové napätie, zvýšiť takt alebo pridať funkčné bloky a vyrovnávaciu pamäť.

Spustenie jednojadrového procesora pri vysokých frekvenciách môže poskytnúť lepší výkon pre jednu aplikáciu, ale takýto procesor môže súčasne vykonávať iba jeden program (vlákno). Intel implementoval princíp Hyper-Threading, ktorý emuluje prítomnosť viacerých jadier pre operačný systém. HT technológia umožňuje lepšie nakladanie dlhých dopravníkov Procesory Pentium 4 a Pentium D. Samozrejme, nárast výkonu bol malý, ale odozva systému bola určite lepšia. A v prostredí multitaskingu to môže byť ešte dôležitejšie, pretože môžete vykonávať nejakú prácu, kým váš počítač pracuje na konkrétnej úlohe.

Keďže dvojjadrové procesory sú v dnešnej dobe také lacné, neodporúčame vám siahnuť po jednojadrových procesoroch, pokiaľ nechcete ušetriť každý cent.

Procesor Core 2 Extreme X6800 bol v čase svojho uvedenia najrýchlejší v rade Intel Core 2, pracoval na frekvencii 2,93 GHz. Dnes už dvojjadrové procesory dosiahli 3,0 GHz, aj keď viac vysoká frekvencia pneumatiky FSB1333.

Upgrade na dve jadrá procesora znamená dvojnásobný výpočtový výkon, ale len v aplikáciách optimalizovaných pre multi-threading. Typicky takéto aplikácie zahŕňajú odborné programy ktorí potrebujú vysoký výpočtový výkon. Ale dvojjadrový procesor má stále zmysel, aj keď používate počítač iba na e-mailom, prehliadanie internetu a práca s kancelárskymi dokumentmi. Na jednej strane moderné modely dvojjadrových procesorov nespotrebúvajú oveľa viac energie ako jednojadrové modely. Na druhej strane druhé výpočtové jadro nielenže pridáva výkon, ale zlepšuje aj odozvu systému.

Čakali ste niekedy, kým WinRAR alebo WinZIP dokončí kompresiu súborov? Na jednojadrovom stroji je nepravdepodobné, že budete môcť rýchlo prepínať medzi oknami. Dokonca aj prehrávanie DVD môže zaťažiť jedno jadro rovnako ako zložitá úloha. Dvojjadrový procesor uľahčuje spustenie viacerých aplikácií súčasne.

Dvojjadro procesory AMD obsahujú dve plnohodnotné jadrá s vyrovnávacou pamäťou, integrovaný pamäťový radič a cross-switch, ktorý poskytuje zdieľaný prístup k pamäti a rozhraniu HyperTransport. Intel sa vydal podobnou cestou ako prvé Pentium D, do fyzického procesora osadil dve jadrá Pentium 4 Keďže pamäťový radič je súčasťou čipsetu, systémová zbernica musí byť použitá ako na komunikáciu medzi jadrami, tak aj na prístup k pamäti. ukladá určité obmedzenia výkonu. Procesor Core 2 Duo obsahuje pokročilejšie jadrá, ktoré poskytujú lepší výkon na takt a lepší výkon na watt. Obe jadrá zdieľajú spoločnú vyrovnávaciu pamäť L2, ktorá umožňuje výmenu dát bez použitia systémovej zbernice.

Procesor Core 2 Quad Q6700 beží na frekvencii 2,66 GHz a vo vnútri využíva dve jadrá Core 2 Duo.

Ak je dnes veľa dôvodov na prechod na dvojjadrové procesory, tak štyri jadrá ešte nevyzerajú tak presvedčivo. Jedným z dôvodov je obmedzená optimalizácia programov pre viacero vlákien, ale existujú aj určité architektonické problémy. Hoci AMD dnes kritizuje Intel za to, že do jedného procesora vložil dva dvojjadrové procesory, pričom ho nepovažuje za „skutočný“ štvorjadrový CPU, prístup Intelu funguje dobre, pretože procesory v skutočnosti poskytujú štvorjadrový výkon. Z výrobného hľadiska je jednoduchšie dosiahnuť vysoké výťažky lisovníc a vyrobiť viac produktov s malými jadrami, ktoré sa potom môžu spojiť a vytvoriť nový, výkonnejší produkt v novom procese. Čo sa týka výkonu, sú tu úzke miesta – dva kryštály spolu komunikujú cez systémovú zbernicu, takže spravovať viacero jadier rozmiestnených na viacerých kryštáloch je veľmi náročné. Viacnásobné matrice síce umožňujú lepšiu úsporu energie a úpravu frekvencií jednotlivých jadier tak, aby vyhovovali potrebám aplikácie.

Skutočné štvorjadrové procesory využívajú štyri jadrá, ktoré sú spolu s vyrovnávacou pamäťou umiestnené na jedinom čipe. Dôležitá je tu prítomnosť spoločnej unifikovanej vyrovnávacej pamäte. AMD implementuje tento prístup vybavením 512 KB L2 cache na každom jadre a pridaním L3 cache do všetkých jadier. Výhodou AMD je, že bude možné niektoré jadrá vypnúť a iné zrýchliť, aby ste získali lepší výkon pre jednovláknové aplikácie. Intel pôjde rovnakou cestou, ale až v roku 2008 predstaví architektúru Nehalem.

Výstupné služby systémové informácie, ako napríklad CPU-Z, vám umožňujú zistiť počet jadier a veľkosti vyrovnávacej pamäte, nie však rozloženie procesora. Nebudete vedieť, že Core 2 Quad (alebo štvorjadro Extreme Edition zobrazené na obrázku) pozostáva z dvoch jadier.

Moderný počítačový priemysel nestojí na mieste. Takmer každý počítač je už vybavený viacjadrovými procesormi. Nie každý však vie, ako sa líšia od svojich jednojadrových analógov, ktoré zostávajú minulosťou. Niekedy sa človek pri nákupe snaží kúpiť nový produkt, ale neuvedomuje si jeho význam a míňa peniaze na niečo, čo mu neprinesie významný úžitok.
Aby ste pochopili potrebu kúpiť procesor s jedným alebo dvoma jadrami, musíte pochopiť rozdiel medzi týmito dvoma možnosťami, v ktorých prípadoch je každá z nich lepšia.

Vlastnosti štruktúry jednojadrových procesorov

Každý vie, že sila a rýchlosť všetkého osobný počítač V prvom rade to závisí od centrálneho procesora. Preto čím vyššia je frekvencia procesora, tým rýchlejšie je vykonávanie príkazov používateľa. Operácie s údajmi vykonáva jadro v procesore.

Pri vysokých frekvenciách je rýchlosť vykonávania jedného príkazu výrazná, takže aj pri jednojadrovom procesore sa používateľovi zdá, že programy sa vykonávajú paralelne. V skutočnosti sú všetky programy umiestnené vo fronte, ktorá sa pohybuje veľmi vysokou rýchlosťou.

Architektonické vlastnosti jednojadrových procesorov možno zvážiť:

• Štruktúra s úplným oddelením príkazov a údajov.
• Skalárna architektúra, ktorá umožňuje paralelné vykonávanie viacerých príkazov na rôznych zariadeniach.
• Zmena postupnosti príkazov dynamického typu, keď funguje princíp zálohy.
• Príkazy sa používajú ako dopravník.
• Smer popravných vetiev je predvídateľný.

Rád by som poznamenal, že napriek tomu, že sa objavuje čoraz viac dvojjadrových procesorov, jednojadrové možnosti sa neustále zdokonaľujú a zdokonaľujú. Preto niektoré modely procesorov s jedným jadrom nie sú vždy výkonovo horšie ako dvojjadrový nástupca.

Vlastnosti dvojjadrových procesorov

Ak vo všeobecnosti hovoríme o fungovaní procesora s dvoma jadrami v porovnaní s jeho jednojadrovým náprotivkom, potom môžeme vysvetliť všetko jednoduchý príklad. Používateľ napríklad skopíruje súbory, no zároveň sa rozhodne pozrieť si film. Zdá sa mu, že obe operácie sa vykonávajú súčasne, ale keď beží jednojadrový procesor, tieto akcie sa vyskytujú postupne, pretože frekvencia vykonávania príkazov je veľmi vysoká, čo vytvára tento pocit. Ale s dvojjadrovým procesom sa tieto operácie v skutočnosti dejú súčasne.

Stojí za zmienku, že architektúra dvojjadrového procesora je podobná štruktúre symetrických multiprocesorov, keď sú na jednej doske použité dva procesory. Existujú, samozrejme, určité rozdiely, ale princíp fungovania je podobný.

Dvojjadrové procesory fungujú najefektívnejšie pri práci s viacvláknovými aplikáciami, kde sa dosahuje najvyšší výkon. Pretože početné úlohy sú rozdelené medzi dve jadrá na vykonanie. Toto rozdelenie umožňuje znížiť spotrebu energie. Koniec koncov, práve tento faktor spomaľuje vývoj jednojadrových procesorov.

Aké sú rozdiely medzi dvojjadrovým procesorom

Pri štúdiu architektúry jednojadrových aj dvojjadrových procesorov možno identifikovať veľký zoznam rozdielov:

• Ak nespúšťate zložité viacvláknové aplikácie alebo niekoľko súčasne, potom rozdiely vo výkone procesora s jedným alebo dvoma jadrom nebudú také badateľné a citeľné.
• Dvojjadrový procesor má tiež zdieľanú vyrovnávaciu pamäť.
• Mať dvojjadrový procesor má významnú výhodu, pretože ak jedno jadro zlyhá, druhé jadro prevezme celú záťaž na seba.
• Dvojjadrový procesor má veľkú vyrovnávaciu pamäť a frekvenciu.

Stojí za zmienku, že dvojjadrový procesor doma nemôže vždy ukázať svoj plný potenciál, pretože mnohé vytvorené aplikácie nie sú prispôsobené takémuto centrálnemu procesoru. Treba poznamenať, že vďaka prítomnosti dvoch jadier má procesor 64-bitovú štruktúru. A veľa moderné programy sú navrhnuté pre 32-bitovú štruktúru a zvýšenie prevádzkovej rýchlosti by ste od nich nemali očakávať.

Výhody použitia dvojjadrových procesorov

Keďže poznáme štrukturálne vlastnosti a významné rozdiely medzi procesormi s jedným a dvoma jadrami, môžeme zdôrazniť hlavné výhody používania dvojjadrových procesorov:

1. Rýchly výkon prehliadača pri načítavaní a zobrazovaní.
2. Vysoký výkon v herných aplikáciách.
3. Pri práci v režime s viacerými hodnotami sa zvyšuje rýchlosť viacerých vlákien.
4. Vysoký výkon a hladký chod.
5. Znížte spotrebu energie a zároveň zvýšte produktivitu.

Na záver môžeme konštatovať, že procesor s jedným alebo dvoma jadrami má významné rozdiely, a to ako vo svojej prevádzke, tak aj v architektúre.

Samozrejme, je jasné, že produktívnejší bude procesor s dvomi a viacerými jadrami. Pre domáce použitie v zásade nie je rozhodujúce kupovať počítač iba s jedným procesorom. Ale ak máte finančnú možnosť kúpiť si počítač s dvoma procesormi, potom sa oplatí kúpiť. Informačný svet predsa nestojí. Programy sa dokončujú, technológia sa zlepšuje. Každým dňom viac a viac softvérové ​​produkty navrhnutý pre prácu so 64-bitovými systémami.