Hvað eru CPU kjarna?

CPU kjarni er ómissandi hluti af hvaða tölvu sem er. CPU kjarna eru hluti af hvaða örgjörva sem er. Nútíma skrifborðs örgjörvar hafa venjulega á milli tveggja og 16 kjarna, sem hver um sig getur séð um eitt ákveðið verkefni í einu. Fjöldi kjarna í boði er einn af mikilvægu vísbendingunum um hversu öflug og hröð tölva er í hámarksafköstum.

Það er athyglisvert að kjarna eru ekki alveg óháðir hver öðrum. Það fer eftir tiltekinni CPU hönnun, kjarna geta verið meira eða minna nátengdir. Þeir geta deilt skyndiminni, notað hvert annað til að senda skilaboð eða jafnvel deilt öðrum tegundum samskiptaferla. Oftar en ekki verða kjarnar tengdir með rútum. Það er líka greinarmunur á örgjörva sem hafa aðeins eins kjarna og þeirra sem sameina mismunandi.

CPU hönnun

Söguleg fjölkjarna CPU hönnun hefur almennt notað einsleita örgjörva svæðisfræði. Það er að segja að allir kjarna eru eins. Þetta hefur þann kost að aðeins þarf að þróa einn kjarnaarkitektúr sem hægt er að afrita og líma eins oft og þörf krefur. Það gerir einnig verkáætlun auðveldari þar sem allir kjarna geta framkvæmt öll verkefni á sama hraða og skilvirkni.

Hægt er að finna blæbrigðaríkari nálgun á CPU kjarnahönnun með misleitri staðfræði CPU. Í þessu tilviki hefur einn CPU deyja margar gerðir af kjarna, venjulega fínstillt fyrir frammistöðu eða orkunýtni, og stundum milliveg. Þessi uppsetning er sérstaklega gagnleg í farsímum, þar sem fjölmargir skilvirkir kjarna veita góða afköst með lágmarks rafhlöðueyðslu. Hámarksafköst geta einnig verið veitt þegar þörf krefur með öflugri afköstum sem eru bjartsýnir kjarna en á kostnað aukins orkunotkunar og hitaframleiðslu.

Sögulega byrjaðu örgjörvar með aðeins einum kjarna og gátu aðeins séð um eitt verkefni í einu. Með tímanum, eftir því sem eftirspurn eftir vélbúnaði jókst, var það ekki nóg lengur. Nýrri, nútímalegri örgjörvar voru þróaðir og hætt í áföngum en þeir með færri kjarna. Undantekningin voru fartölvur - vegna pláss- og kælingartakmarkana hafa örgjörvar fartölvu í gegnum tíðina verið á eftir borðtölvum í fjölda örgjörva. Nútíma fartölvur geta jafnað kjarnafjölda við borðtölvur, en örgjörvar keyra oft á lægri aflstigi og klukkuhraða til að stjórna hitastigi.

Ábending: Ef þú ert að reyna að smíða tölvu og velja örgjörva þinn, þá er algjört lágmark af kjarna sem þú ættir að miða við eru fjórir.

Fjölþráður

Flestir nútíma örgjörvar nota fjöl- eða ofur-þráður til að auka fjölda kjarna sem eru í boði. Þetta ferli skiptir einum kjarna í nokkra sýndarkjarna. Nánar tiltekið virkar hver líkamlegur kjarni sem tveir þræðir. Þess vegna geta örgjörvar með fjóra kjarna unnið með átta þræði, sem þýðir að þeir virka eins og átta kjarna örgjörvi.

Athugið: Sumir sérhæfðir örgjörvar geta boðið upp á fleiri en tvo þræði á hvern örgjörvakjarna. Hins vegar eru allar slíkar vörur eingöngu fyrir HPC ( High-Performance Computing ) og ofurtölvumarkaðir. Desktop CPU kjarna geta annað hvort keyrt einn eða tvo þræði.

Multithreading er þó ekki alger tvíverkun á örgjörvaafli. Hyperthreading tvöfaldar ekki afköst CPU kjarna. Rannsóknir Intel benda til þess að það bjóði upp á um 30% frammistöðuaukningu, þó að það geti verið mjög mismunandi og, í einstaka tilfellum, jafnvel dregið lítillega úr afköstum. Sum forrit og forrit virka betur með því en önnur. Tölvuleikir hafa til dæmis ekki alltaf hag af fleiri kjarna, oft næmari fyrir klukkuhraða. Annar hugbúnaður, sérstaklega myndbandsklipping og hreyfimyndir, keyrir lengra með aukakjarna og þræði.

Auðvitað er ómögulegt að finna upp fleiri kjarna - þannig að hermdu þræðir verða að deila tiltækum líkamlegum auðlindum undirliggjandi kjarna þeirra. Það getur þýtt að þræðir hafi lægri afköst hver fyrir sig, en það getur líka þýtt að fjármagni er dreift á skilvirkari hátt. Þeir geta verið notaðir af þeim þræði sem þarfnast þeirra meira.

Framtíð vélbúnaðar

Þróunin í þróun CPU kjarna fer örugglega í að innleiða fleiri og fleiri kjarna í örgjörva. Fræðilega séð væri hægt að byggja örgjörva með hundruðum eða jafnvel þúsundum kjarna. Það er ekki enn viðskiptalegur veruleiki, þar sem AMDs Threadripper og EPYC örgjörvar hafa allt að 64 kjarna. Í bili er raunsærri áhersla þó að hámarka frammistöðu á hvert vatt. Með öðrum orðum - til að lækka orkunotkun örgjörva. Þetta gagnast fyrst og fremst fartölvum og öðrum rafhlöðuknúnum tækjum.

Stjórnun orkunotkunar er mikilvæg til að auka verulega afköst. Lög Moores hafa almennt tvöfaldað afköst örgjörva á um það bil tveggja ára fresti í áratugi. Þetta var þó fyrst og fremst byggt á því að hnúturinn minnkaði, þ.e. hversu smáir minnstu þættir örgjörvans gætu verið.

Nútíma CPU hnútar eru svo litlir að þeir eru mjög nálægt líkamlegum takmörkunum á stærðarminnkunum. Aukin afköst hafa því þýtt meiri orkunotkun og meiri hitaafköst. Í náinni framtíð geta ofurtölvu örgjörvar framleitt svo mikinn hita í svo litlu rými að það er ómögulegt að kæla þá með lofti, sem krefst fljótandi kælingar.

Auðvitað eru líka alltaf nýjar gerðir af örgjörvum í þróun. Tvö stærstu vörumerkin hér, Intel og AMD, státa hvert af mismunandi gerðum af CPU hönnun. Þetta gengur svo langt að örgjörvar þeirra henta betur til sumra nota en annarra. Auðvitað bjóða nýhönnuð örgjörva upp á ný notkunartilvik og sérgreinar ofan á þá sem fyrir eru.

CPU arkitektúr er flókið efni. Eftir því sem bæði tiltæk tækni og eftirspurn eftir meiri afköstum eykst, eykst krafturinn sem örgjörvar bjóða upp á og margs konar stillingar í boði. Eins og GPU markaðurinn sýnir örgjörvamarkaðurinn merki um að breytast í átt að sérstökum vélbúnaðarhröðlum. Þetta getur leyft meiri frammistöðu og meiri skilvirkni við tiltekin verkefni en eykur flókið.

Niðurstaða

CPU kjarni er einn eða fleiri tilteknir hlutar CPU deyja sem framkvæma raunverulega vinnslu. Þetta verður venjulega þjónað og umkringt skrám og skyndiminni. Mikill meirihluti nútíma örgjörva býður upp á marga kjarna á einum örgjörva deyjum. Örgjörvakjarnar geta verið eins eða fínstilltir fyrir mismunandi stig á frammistöðu/nýtni ferlinum.

Örgjörvakjarnar eru venjulega almennir, geta framkvæmt hvaða vinnslu sem CPU gæti þurft. Vinnslueining sem ekki er fyrir almenna notkun á örgjörvamóti má kalla hraðal eða X vinnslukjarna. X er skipt út fyrir ákveðinn tilgang, svo sem taugavinnslukjarna og taugahraðla fyrir gervigreindarvinnslu.