Pot un PC tenir múltiples processadors?

Què és un processador multicore?

Un processador multicore és un circuit integrat que té dos o més nuclis de processadors connectats per a un rendiment millorat i reduït el consum d'energia. Aquests processadors també permeten un processat simultània més eficient de múltiples tasques, com amb Processament paral· lel i multifilant . Una configuració doble de nucli és similar a tenir múltiples processadors separats instal· lats a un ordinador. No obstant això, perquè els dos processadors es connecten al mateix sòcol, la connexió entre ells és més ràpida.

L' ús de multicore processadors o microprocessadors és un enfocament per estimular el rendiment del processador sense excedir les limitacions pràctiques del disseny semiconductor i la fabricació. Usar multicores també asseguraran l'operació segura en àrees com ara la generació de calor.

Com funcionen els processadors multicore?

El cor de cada processador és un motor d'execució, també conegut com a nucli. El nucli està dissenyat per processar instruccions i dades d'acord amb la direcció dels programes de programari a la memòria de l'ordinador. Durant els anys, els dissenyadors van descobrir que tots els nous dissenys de processador tenien límits. Es van desenvolupar moltes tecnologies per accelerar el rendiment, incloent les següents:

Velocitat del rellotge. Un enfocament va ser el rellotge del processador més ràpid. El rellotge és el "sumptuós" usat per a sincronitzar el procés d' instruccions i dades a través del motor de processament. Velocitats del rellotge S'ha accelerat de diversos megahertzs a diversos gigaherz (GHz) avui. Tanmateix, els transististes utilitzen el poder de cada rellotge. Com a resultat, les velocitats del rellotge han assolit gairebé els seus límits donats per la teixit semiconductora actual i tècniques de gestió de calor.
Hiper-filant. Una altra aproximació implicada en la gestió de múltiples fils d' instrucció. Intel Truca a aquest hiper-fil. Amb hiper-correcció, els nuclis dels processadors estan dissenyats per gestionar dos fils d' instruccions separats alhora. Quan està habilitat i acceptat tant pel sistema de microprogramari i operatiu de l' ordinador (OS), les tècniques hiper-filants permeten un nucli físic per a funcionar com dos nuclis lògics. Tot i així, el processador només posseeix un nucli físic únic. L'abstracció lògica del processador físic ha afegit poc rendiment real al processador, a part d'ajudar a fluxar el comportament de diverses aplicacions simultànies executant-se a l'ordinador.
Més patates. El següent pas era afegir xips de processador -- o morir -- al paquet de processadors, que és el dispositiu físic que connecta a la pissarra. Un processador de doble importància inclou dos nuclis de processadors separats. Acard symbol Processador quad-core Inclou quatre nuclis separats. Els processadors multicore d'avui poden incloure fàcilment 12, 24 o fins i tot més nuclis de processadors. L'enfocament multicora és gairebé idèntica a l'ús de mares multiprocessadors, que tenen dos o quatre sòcols de processadors separats. L'efecte és el mateix. El gran rendiment del processador d'avui implica l'ús de productes de processadors que combinen velocitats de rellotge ràpid i múltiples nuclis hiper-fils.

No obstant això, els múltiples xips tenen diversos problemes per considerar. Primer, l'addició de més nuclis de processadors no millora automàticament el rendiment de l'ordinador. Les aplicacions OS i OS han de reconèixer les instruccions del programa i usar els múltiples nuclis. Això s' ha de fer en paral· leles, usant diversos fils a diferents nuclis dins del paquet de processadors. Algunes aplicacions de programari poden necessitar ser refactorat per a permetre i usar plataformes de processador multicore. En cas contrari, només s' usa el primer nucli de processador per omissió, i no s' usen cap nucli addicional o inactiu.

Segon, el benefici de rendiment dels nuclis addicionals no és un múltiple directe. És a dir, afegir un segon nucli no duplica el rendiment del processador, o un processador qua-core no multipliqueu l'actuació del processador per un factor de quatre. Això passa a causa dels elements compartits del processador, com l'accés a la memòria interna o a la memòria cau, externa autobusos i memòria del sistema d'ordinadors.

El benefici de múltiples nuclis pot ser substancial, però hi ha límits pràctics. Tot i així, l'acceleració és normalment millor que un sistema multiprocessador tradicional perquè l'acoblament entre nuclis del mateix paquet és més estret i hi ha distàncies més curtes i menys components entre els nuclis.

Considereu l'analogia de cotxes en una carretera. Cada cotxe podria ser un processador, però cada cotxe ha de compartir les carreteres i limitacions de trànsit. Més cotxes poden transportar més gent i béns en un temps determinat, però també més cotxes causen la congestió i altres problemes.

Per a què s'utilitzen processadors multicore?

Els processadors multicore treballen en qualsevol plataforma de maquinari d'ordinadors moderns. Virtualment tots els PC i portàtils d'avui construeixen en un model de processador multicore. No obstant això, el veritable poder i benefici d'aquests processadors depenen de Aplicacions de programari dissenyades per emfatitzar el paral·lelisme . Un enfocament paral· lela divideix l' aplicació en diversos fils de processament, i després distribueix i gestiona els fils entre dos o més nuclis del processador.

Hi ha diversos casos d'ús importants per a processadors multicore, incloent els següents cinc:

Virtualització. Una plataforma virtualització, com el VMware, està dissenyada per abstracte l'entorn de programari des del maquinari subjacent. La virtualització és capaç de fer nuclis de processador físic abstractes en processadors virtuals o unitats de processament central ( vCPUs ) que s' assigna a màquines virtuals ( VMs ). Cada VM esdevé un servidor virtual capaç d'executar el seu propi SO i aplicació. És possible assignar més d'una vCPU a cada VM, permetent cada VM i la seva aplicació per executar programari paral· lela si és desitjada.
Bases de dades. Una base de dades és una plataforma de programari complexa que sovint necessita executar moltes tasques simultànies com ara consultes. Com a resultat, les bases de dades depenen molt dels processadors multicore per a distribuir i gestionar aquests fils de tasques. L' ús de múltiples processadors de bases de dades sovint s' intercanvien amb una capacitat extremadament alta de memòria que pot arribar a 1 terabyte o més en el servidor físic.
Anants i HPC. Gran quantitat d' anàlisi de dades Com ara l'aprenentatge de màquines, i el càlcul d'alta qualitat ( HPC Les dues necessiten trencar tasques grans i complexes en peces més petites i més manejables. Cada tros de l'esforç computacional pot ser resolt per distribuir cada tros del problema a un processador diferent. Aquesta aproximació permet que cada processador treballi en paral·lel per resoldre el problema de sobrecàrrega molt més ràpid i molt més eficient que amb un únic processador.
Cloud. Les organitzacions construeixen un núvol certament adoptaran processadors multicore per donar suport a tota la virtualització necessària per acomodar l'augment d' escala i molt elevat de transaccions demanda de plataformes de programari del núvol Com OpenStack. Un conjunt de servidors amb processadors multicore poden permetre que el núvol crei i escala més instàncies VM sota demanda.
Visualització. Aplicacions gràfiques, tals com els jocs i els motors de localització de dades, tenen els mateixos requeriments paral· lelisme que altres aplicacions HPC. La representació visual són intensives i pràctiques de tasques, i aplicacions de visualització poden fer un ús extens de múltiples processadors per distribuir els càlculs requerits. Moltes aplicacions gràfiques depenen de les unitats de processament de gràfics ( GPUs ) en comptes de CPU. Les GPU s' han assignat per optimitzar les tasques relacionades amb els gràfics. Els paquets de la GPU normalment contenen múltiples nuclis de la GPU, similars en principi als processadors multicorre.

Pros i cons de processadors multicore

La tecnologia de processadors multicore està madurada i ben definida. No obstant això, la tecnologia representa la seva part de pros i cons, que s'hauria de considerar en comprar i desplegar nous servidors.

Múltiples avantatges

Millor rendiment de l' aplicació. El principi benefici dels processadors multicore és més potencial de processar. Cada processador de text és un processador separat que els SO i les aplicacions poden usar. En un servidor virtualitzat, cada VM pot emprar un o més nuclis de processadors virtuals, habilitant moltes VM per coexisteixr i operar simultàniament en un servidor físic. De manera similar, una aplicació dissenyada per a nivells alts d' paral· lelisme pot usar qualsevol nombre de nuclis a proporcionar Implementació d' una aplicació alta Això seria impossible amb sistemes solters.

Millor rendiment del maquinari. Col·locant dos o més nuclis de processadors en el mateix dispositiu, pot usar components compartits, com ara la memòria cau interna dels autobusos i processadors comuna -- més eficientment. També beneficia del rendiment superior comparat amb sistemes multiprocessadors que tenen paquets de processadors separats en la mateixa pissarra.

Múltiples desavantatges

dependent del programari. L' aplicació usa processadors -- no pas a l'inrevés. Els SO i les aplicacions sempre usaran el primer processador de nucli, anomenat nucli 0 . Qualsevol nucli addicional en el paquet de processadors romandrà sense ús o inactiu fins que les aplicacions de programari siguin habilitades per a usar- les. Aquestes aplicacions inclouen aplicacions de bases de dades i eines de processament de dades grans com HaveroopCity name (optional, probably does not need a translation) . Un negoci hauria de considerar per a què s' usarà un servidor i les aplicacions que té pensat usar abans de crear una inversió del sistema multicore per assegurar- se que el sistema proporciona el potencial de càlcul òptim.

L'impuls de rendiment és limitat. Diversos processadors en un processador de processador han de compartir la memòria cau dels autobusos i processadors comuns. Com més nuclis de processadors comparteixen un paquet, més compartició han de tenir lloc a través d' interfícies de processadors comuns i recursos. Aquests resultats es redueixen a l' execució com a nuclis s' afegeixen. Per a la majoria de situacions, el benefici de l'actuació de tenir múltiples nuclis sobrepassa molt sobrepassa el rendiment perdut per tal de compartir- lo, però és un factor a considerar quan el rendiment de l' aplicació prova.

Energia, calor i restriccions de rellotge. Un ordinador pot no ser capaç de conduir un processador amb molts nuclis tan difícils com un processador amb menys nuclis o un processador únic. Un nucli de processador modern pot contenir més de 500 milions de transistors. Cada transistor genera calor quan canvia, i aquesta calor augmenta quan la velocitat del rellotge augmenta. Tota aquesta generació de calor s'ha de dissiprar del nucli a través del paquet de processadors. Quan s'estan executant més nuclis, aquesta calor pot multiplicar i excedir ràpidament la capacitat de refrigeració del paquet de processadors. Per tant, alguns processadors multicore poden reduir velocitats del rellotge, per exemple, de 3. 5 GHz a 3. 0 GHz, per ajudar a gestionar la calor. Això redueix l'actuació de tots els nuclis de processadors del paquet. Alta- final Els processadors multicore requereixen sistemes de refrigeració complexos I vés amb compte amb el desplegament i el monitor per assegurar la fiabilitat del sistema a llarg termini.

Arquitectura dels processadors multicore

Per a propòsits d'aquesta definició, cada processador multicore consisteix de dos o més nuclis juntament amb una sèrie de registres de memòria cau.

Nuclis són els components centrals o processadors multicore. Els nuclis contenen tots els registres i circuits, a vegades centenars de milions de transistors individuals, necessaris per dur a terme les tasques d'una forma positiva de S' estan ingerint dades i instrucció, processant aquest contingut i difícil de prendre decisions lògiques o resultats.
Implementació del processador El circuit inclou un asorment del control d'entrada/ output i les circuits de gestió, com els rellotges, la consistència de memòria cau, el poder i el control tèrmic i l'accés a bus extern.
Memòria cau són àrees relativament petites de memòria molt ràpida. Un cau manté sovint instruccions o dades usades, fent que aquest contingut estigui disponible fàcilment al nucli sense la necessitat d'accedir a la memòria del sistema. Un processador comprova primer la memòria cau. Si el contingut requerit és present, el nucli pren aquest contingut des de la memòria cau, millorarà els beneficis de rendiment. Si el contingut està absent, el nucli accedirà a la memòria del sistema pel contingut requerit. Un nivell 1 o L1 , la memòria cau és la memòria cau més petita i més ràpida única de tots els nuclis. Un nivell 2, o L2, la memòria cau és un espai d'emmagatzematge més gran compartit entre els nuclis. Algunes arquitectures de processador multicore poden dedicar tant a L1 com a cau de L2.

Homogenus contra processadors multicore heterogènias

Els nuclis dins d'un processador multicore poden ser homogenes o heterogènias. Processadors d'Intel·ligència principal i ADM multicore x86 Les arquitectures de l'ordinador són homogenes i proporcionen nuclis idèntics. Per tant, la majoria de processadors multicorats són uns processadors homogens.

No obstant això, desestimar un dispositiu complex per fer un treball senzill o per obtenir una major eficiència sovint és desaprofitar. Hi ha un mercat de processador multicore heterogènia que utilitza processadors amb diferents nuclis per a diferents propòsits. Els nuclis heterogènias es troben generalment en processadors incrustats o d'armes que podrien barrejar microprocessadors i nuclis de microcontrolador en el mateix paquet.

Hi ha tres objectius generals per a processadors multicore heterogens:

rendiment optimitzat. Mentre que els processadors multicore homs solen proporcionar capacitats de processament de vanilla o de processament universal, molts processadors no estan pensats per a casos d' ús d' aquest sistema genèric. En comptes d'això, es dissenyen i es venen per a ús encastat, dedicats o sistemes específics, que poden beneficiar-se de les forces úniques de processadors diferents. Per exemple, un processador pensat per a un dispositiu de processament de senyals pot usar un Processador d'armes que conté un processador de Cortex-A general-purpose amb un nucli Cortex-M per a tasques de processament de senyals dedicats.
Potència optimitzada. El fet de reduir el recompte dels processadors més senzills i facilitar les demandes d'energia. Això fa el paquet de processadors i el sistema global més fred i més eficient.
Optimitzada de seguretat. Els treballs o processos es poden dividir entre diferents tipus de nuclis, habilitant dissenyadors per a construir deliberadament nivells d'aïllament que tenen un gran accés de control entre els diversos centres de processadors. Aquest major control i aïllament ofereixen millor estabilitat i seguretat per al sistema global, encara que al cost de flexibilitat general.