Mik azok a CPU magok?

A CPU mag minden számítógép elengedhetetlen része. A CPU magok bármely CPU processzor részét képezik. A modern asztali CPU-k általában 2-16 maggal rendelkeznek, amelyek mindegyike egyszerre egy adott feladatot képes ellátni. A rendelkezésre álló magok száma az egyik kritikus mutatója annak, hogy a PC milyen erős és gyors a csúcsteljesítmény mellett.

Érdemes megjegyezni, hogy a magok nem teljesen függetlenek egymástól. Az adott CPU-kialakítástól függően a magok többé-kevésbé szorosan összekapcsolhatók. Megoszthatják a gyorsítótárakat, használhatják egymást üzenetek továbbítására, vagy akár más típusú kommunikációs folyamatokat is megoszthatnak. Leggyakrabban a magokat buszokon keresztül csatlakoztatják. Különbséget kell tenni azon CPU-k között is, amelyek csak azonos magokkal rendelkeznek, és amelyek különböző magokat kombinálnak.

CPU tervezés

A történelmi többmagos CPU-tervezés általában homogén CPU-topológiát használt. Vagyis minden mag egyforma. Ennek megvan az az előnye, hogy csak egy központi architektúra fejlesztésére van szükség, amely másolható és beilleszthető, ahányszor csak szükséges. A feladatütemezést is megkönnyíti, mivel minden mag ugyanolyan sebességgel és hatékonysággal képes végrehajtani az összes feladatot.

A CPU magtervezés árnyaltabb megközelítése a heterogén CPU topológiával érhető el. Ebben az esetben az egyik CPU-kockának többféle magja van, általában teljesítményre vagy energiahatékonyságra optimalizálva, és néha egy középút is. Ez a beállítás különösen hasznos a mobileszközökön, ahol számos hatékony mag jó teljesítményt biztosít minimális akkumulátorfogyasztás mellett. A csúcsteljesítmény szükség esetén nagyobb teljesítményre optimalizált magokkal is biztosítható, de megnövekedett áramfelvétel és hőtermelés árán.

A történelem során a CPU-k csak egy maggal indultak, és egyszerre csak egy feladatot tudtak kezelni. Idővel, ahogy a hardver iránti kereslet nőtt, ez már nem volt elég. Újabb, modernebb CPU-kat fejlesztettek ki és vontak ki a piacról, mint a kevesebb maggal rendelkezők. A kivétel a laptopok voltak – a hely- és hűtési korlátok miatt a laptop CPU-k történelmileg elmaradtak az asztali számítógépektől a CPU-magok számában. A modern laptopok összeegyeztethetik a magok számát az asztali számítógépekkel, de a CPU-k gyakran alacsonyabb teljesítményszinten és órajelen működnek a hőmérséklet szabályozása érdekében.

Tipp: Ha számítógépet próbál építeni, és kiválasztja a CPU-t, a magok abszolút minimuma négy.

Többszálú

A legtöbb modern processzor több- vagy hiperszálas eljárást használ a rendelkezésre álló magok számának növelésére. Ez a folyamat egy magot több virtuális magra oszt fel. Pontosabban, minden fizikai mag két szálként működik. Ezért a négymagos CPU-k nyolc szállal működhetnek, vagyis úgy működnek, mint egy nyolcmagos CPU.

Megjegyzés: Egyes speciális CPU-k CPU-magonként kettőnél több szálat is kínálhatnak. Azonban minden ilyen termék kizárólag a HPC ( High-Performance Computing ) és a szuperszámítástechnikai piacra vonatkozik . Az asztali CPU magjai egy vagy két szálat futtathatnak.

A multithreading azonban nem a CPU teljesítményének abszolút megkettőzése. A Hyperthreading nem duplázza meg a CPU mag teljesítményét. Az Intel kutatása szerint körülbelül 30%-os teljesítménynövekedést kínál, bár ez erősen változhat, és ritka esetekben akár enyhén is csökkentheti a teljesítményt. Egyes alkalmazások és programok jobban működnek vele, mint mások. A videojátékok például nem mindig profitálnak a több magból, gyakran érzékenyebbek az órajelre. Más szoftverek, különösen a videószerkesztő és az animáció, tovább futnak extra magokkal és szálakkal.

Természetesen lehetetlen további magokat kitalálni – így a szimulált szálaknak meg kell osztaniuk a mögöttes magjuk rendelkezésre álló fizikai erőforrásait. Ez azt jelentheti, hogy a szálak egyenként alacsonyabb teljesítményűek, de azt is jelentheti, hogy az erőforrások hatékonyabban vannak elosztva. Bármelyik szál használhatja őket, amelyiknek nagyobb szüksége van rájuk.

A hardver jövője

A CPU magok fejlesztésének tendenciája határozottan arra irányul, hogy egyre több magot építsenek be a CPU-kba. Elméletileg több száz vagy akár több ezer magból álló CPU-kat is lehetne építeni. Ez még nem kereskedelmi valóság, hiszen az AMD Threadripper és EPYC CPU-i akár 64 magot is tartalmazhatnak. Egyelőre azonban reálisabb cél a wattonkénti teljesítmény optimalizálása. Más szóval – a CPU-k energiafogyasztásának csökkentése. Ez elsősorban a laptopok és egyéb akkumulátorral működő eszközök számára előnyös.

Az energiafogyasztás kezelése kritikus fontosságú a további jelentős teljesítménynövekedés szempontjából. Moore törvénye általában kétévente megduplázza a CPU teljesítményét évtizedek óta. Ez azonban elsősorban a csomópont zsugorításán alapult, vagyis azon, hogy milyen kicsik lehetnek a CPU legkisebb elemei.

A modern CPU csomópontok olyan kicsik, hogy nagyon közel vannak a méretcsökkentés fizikai korlátaihoz. A teljesítmény növelése ezért nagyobb teljesítményfelvételt és nagyobb hőteljesítményt jelent. A közeljövőben a szuperszámítógépek CPU-i olyan kis helyen termelhetnek annyi hőt, hogy lehetetlen levegővel hűteni őket, mert folyadékhűtés szükséges.

Természetesen mindig vannak új típusú CPU-k fejlesztése is. A két legnagyobb márka, az Intel és az AMD különböző típusú CPU-kialakítással büszkélkedhet. Ez odáig megy, hogy a megfelelő CPU-k bizonyos felhasználásokra jobban megfelelnek, mint másoknak. Természetesen az újonnan tervezett CPU-k új felhasználási eseteket és különlegességeket kínálnak a meglévők mellett.

A CPU-architektúra összetett téma. Ahogy a rendelkezésre álló technológiák és a nagyobb teljesítmény iránti kereslet is növekszik, úgy nő a CPU-k teljesítménye és a rendelkezésre álló konfigurációk sokfélesége is. A GPU-piachoz hasonlóan a CPU-piacon is láthatóak a konkrét hardveres gyorsítók felé való elmozdulás jelei. Ez nagyobb teljesítményt és nagyobb hatékonyságot tesz lehetővé bizonyos feladatoknál, de növeli a bonyolultságot.

Következtetés

A CPU mag egy vagy több olyan része a CPU szerszámnak, amely végrehajtja a tényleges feldolgozást. Ezeket általában kiszolgálják és regiszterek és gyorsítótárak veszik körül. A modern CPU-k túlnyomó többsége több magot kínál egyetlen CPU-lemezen. A CPU magok lehetnek azonosak vagy a teljesítmény/hatékonyság görbe különböző szakaszaihoz optimalizáltak.

A CPU-magok általában általános célúak, képesek bármilyen feldolgozást végrehajtani, amelyre a CPU-nak szüksége lehet. Egy nem általános célú processzoregységet a CPU-n nevezhetünk gyorsítónak vagy X feldolgozómagnak. Az X helyett egy meghatározott cél található, például neurális feldolgozó magok és neurális gyorsítók az AI-feldolgozáshoz.