Hvad er CPU-kerner?

En CPU-kerne er en væsentlig del af enhver computer. CPU-kerner er en del af enhver CPU-processor. Moderne desktop-CPU'er har normalt mellem to og 16 kerner, som hver kan tage sig af en specifik opgave ad gangen. Antallet af tilgængelige kerner er en af ​​de kritiske indikatorer for, hvor kraftfuld og hurtig en pc har den højeste ydeevne.

Det er værd at bemærke, at kerner ikke er helt uafhængige af hinanden. Afhængigt af det særlige CPU-design kan kerner være mere eller mindre tæt forbundet. De kan dele caches, bruge hinanden til at videregive beskeder eller endda dele andre typer kommunikationsprocesser. Oftere end ikke vil kerner være forbundet via busser. Der er også en skelnen mellem CPU'er, der kun har identiske kerner, og dem, der kombinerer forskellige.

CPU design

Historisk multicore CPU-design har generelt brugt en homogen CPU-topologi. Det vil sige, at alle kerner er identiske. Dette har den fordel, at det kun kræver udviklingsindsats af én kernearkitektur, der kan kopieres og indsættes så ofte som nødvendigt. Det gør også opgaveplanlægning nemmere, da alle kerner kan udføre alle opgaver med samme hastighed og effektivitet.

En mere nuanceret tilgang til CPU-kernedesign kan findes med heterogen CPU-topologi. I dette tilfælde har en CPU-matrice flere typer kerne, typisk optimeret til ydeevne eller strømeffektivitet, og nogle gange en mellemvej. Denne opsætning er især nyttig i mobile enheder, hvor adskillige effektive kerner giver god ydeevne med minimalt batteriforbrug. Maksimal ydeevne kan også leveres, når det er nødvendigt, af mere kraftfulde ydeevneoptimerede kerner, men på bekostning af øget strømforbrug og varmeproduktion.

Historisk set startede CPU'er med kun én kerne og kunne kun håndtere én opgave ad gangen. Med tiden, da efterspørgslen efter hardware steg, var det ikke længere nok. Nyere, mere moderne CPU'er blev udviklet og udfaset end dem med færre kerner. Undtagelsen var bærbare computere - på grund af plads- og afkølingsbegrænsninger har bærbare CPU'er historisk haltet bagefter stationære computere i CPU-kernetal. Moderne bærbare computere kan matche kernetal med stationære computere, men CPU'erne kører ofte ved lavere strømniveauer og clockhastigheder for at styre temperaturer.

Tip: Hvis du prøver at bygge en computer og vælge din CPU, er det absolut minimum af kerner, du skal sigte efter, fire.

Multithreading

De fleste moderne processorer bruger multi- eller hyper-threading for at øge antallet af tilgængelige kerner. Denne proces opdeler en kerne i flere virtuelle kerner. Specifikt fungerer hver fysisk kerne som to tråde. Derfor kan CPU'er med fire kerner arbejde med otte tråde, hvilket betyder, at de fungerer som en otte-core CPU.

Bemærk: Nogle specialiserede CPU'er kan tilbyde mere end to tråde pr. CPU-kerne. Alle sådanne produkter er dog eksklusive for HPC ( High-Performance Computing ) og supercomputing-markederne. Desktop CPU-kerner kan enten køre en eller to tråde.

Multithreading er dog ikke en absolut duplikering af CPU-kraft. Hyperthreading fordobler ikke CPU-kernens ydeevne. Intels forskning tyder på, at det giver et ydelsesboost på omkring 30%, selvom dette kan variere meget og i sjældne tilfælde endda reducere ydeevnen en smule. Nogle apps og programmer fungerer bedre med det end andre. Videospil har for eksempel ikke altid gavn af flere kerner, da de ofte er mere følsomme over for clockhastighed. Anden software, især videoredigering og animation, kører længere med ekstra kerner og tråde.

Det er selvfølgelig umuligt at opfinde yderligere kerner – så de simulerede tråde skal dele de tilgængelige fysiske ressourcer fra deres underliggende kerne. Det kan betyde, at trådene har en lavere ydeevne individuelt, men det kan også betyde, at ressourcerne fordeles mere effektivt. De kan bruges af den tråd, der har brug for dem mere.

Hardwarens fremtid

Tendensen inden for CPU-kerneudvikling går bestemt i retning af at implementere flere og flere kerner i CPU'er. Teoretisk set ville det være muligt at bygge CPU'er med hundredvis eller endda tusindvis af kerner. Det er endnu ikke en kommerciel realitet, med AMD'er Threadripper og EPYC CPU'er med op til 64 kerner. For nu er et mere realistisk fokus dog på at optimere ydeevnen pr. watt. Med andre ord – for at sænke CPU'ernes strømforbrug. Dette gavner primært bærbare computere og andre batteridrevne enheder.

Styring af strømforbruget er afgørende for yderligere betydelige ydelsesforøgelser. Moores lov har generelt fordoblet CPU-ydelsen cirka hvert andet år i årtier. Dette var dog primært baseret på krympningen af ​​noden, dvs. hvor små de mindste elementer i CPU'en kunne være.

Moderne CPU-noder er så små, at de er meget tæt på fysiske grænser for størrelsesreduktioner. Øget ydeevne har derfor betydet højere strømforbrug og højere varmeydelse. I den nærmeste fremtid kan supercomputer-CPU'er producere så meget varme på så lille et rum, at det er umuligt at køle dem med luft, hvilket kræver væskekøling.

Der udvikles naturligvis også hele tiden nye typer CPU'er. De to største mærker her, Intel og AMD, kan hver prale af forskellige typer CPU-design. Dette går så langt, at deres respektive CPU'er er bedre egnet til nogle anvendelser end andre. Selvfølgelig tilbyder nydesignede CPU'er nye use cases og specialiteter oven i eksisterende.

CPU-arkitektur er et komplekst emne. Efterhånden som både tilgængelige teknologier og efterspørgslen efter højere ydeevne vokser, vokser den kraft, som CPU'er tilbyder, og de mange tilgængelige konfigurationer. Ligesom GPU-markedet viser CPU-markedet tegn på at skifte mod specifikke hardwareacceleratorer. Dette kan give mere ydeevne og større effektivitet ved bestemte opgaver, men øger kompleksiteten.

Konklusion

En CPU-kerne er en eller flere specifikke dele af en CPU-matrice, der udfører selve behandlingen. Disse vil typisk blive serveret og omgivet af registre og caches. Langt de fleste moderne CPU'er tilbyder flere kerner på én CPU-matrice. CPU-kerner kan være identiske eller optimeret til forskellige stadier på ydeevne/effektivitetskurven.

CPU-kerner er typisk til generelle formål, i stand til at udføre enhver behandling, som CPU'en måtte have brug for. En ikke-generel behandlingsenhed på en CPU-matrice kan kaldes en accelerator eller en X-behandlingskerne. X er erstattet med et specifikt formål, såsom neurale processeringskerner og neurale acceleratorer til AI-behandling.