Kas yra procesoriaus branduoliai?

CPU branduolys yra esminė bet kurio kompiuterio dalis. CPU branduoliai yra bet kurio procesoriaus dalis. Šiuolaikiniai staliniai procesoriai paprastai turi nuo dviejų iki 16 branduolių, kurių kiekvienas vienu metu gali atlikti vieną konkrečią užduotį. Galimų branduolių skaičius yra vienas iš svarbiausių rodiklių, nurodančių, koks galingas ir greitas kompiuteris yra didžiausias.

Verta paminėti, kad branduoliai nėra visiškai nepriklausomi vienas nuo kito. Priklausomai nuo konkretaus procesoriaus dizaino, branduoliai gali būti daugiau ar mažiau glaudžiai susiję. Jie gali bendrinti talpyklą, naudoti vieni kitus pranešimams perduoti ar net bendrinti kitų tipų komunikacijos procesus. Dažniau branduoliai bus sujungti per magistrales. Taip pat yra skirtumas tarp procesorių, kurie turi tik vienodus branduolius, ir tuos, kurie sujungia skirtingus.

CPU dizainas

Istoriniame kelių branduolių procesoriaus projekte paprastai buvo naudojama vienalytė procesoriaus topologija. Tai yra, visos šerdys yra vienodos. Tai turi pranašumą, nes reikia sukurti tik vieną pagrindinę architektūrą, kurią galima kopijuoti ir įklijuoti taip dažnai, kaip reikia. Tai taip pat palengvina užduočių planavimą, nes visi branduoliai gali atlikti visas užduotis tokiu pat greičiu ir efektyvumu.

Su heterogenine procesoriaus topologija galima rasti niuansesnį požiūrį į procesoriaus pagrindinį dizainą. Šiuo atveju viename procesoriaus štampelyje yra kelių tipų branduoliai, paprastai optimizuoti našumui ar energijos vartojimo efektyvumui, o kartais ir viduriu. Ši sąranka ypač naudinga mobiliuosiuose įrenginiuose, kur daug efektyvių branduolių užtikrina gerą našumą ir minimaliai eikvoja akumuliatorių. Didžiausias našumas taip pat gali būti užtikrintas, kai reikia, naudojant galingesnius optimizuotus branduolius, tačiau tai padidina energijos suvartojimą ir šilumos gamybą.

Istoriškai CPU prasidėjo tik su vienu branduoliu ir vienu metu galėjo atlikti tik vieną užduotį. Laikui bėgant, augant techninės įrangos paklausai, to nebepakako. Buvo sukurti naujesni, modernesni procesoriai ir palaipsniui jų atsisakyta nei tie, kuriuose yra mažiau branduolių. Išimtis buvo nešiojamieji kompiuteriai – dėl vietos ir aušinimo apribojimų nešiojamieji CPU istoriškai atsiliko nuo stalinių kompiuterių procesoriaus branduolių skaičiumi. Šiuolaikiniai nešiojamieji kompiuteriai gali suderinti pagrindinių skaičių su staliniais kompiuteriais, tačiau CPU dažnai veikia mažesniu galios lygiu ir laikrodžio greičiu, kad valdytų temperatūrą.

Patarimas: jei bandote sukurti kompiuterį ir pasirinkti procesorių, absoliutus branduolių minimumas, kurio turėtumėte siekti, yra keturi.

Daugiagija

Dauguma šiuolaikinių procesorių naudoja kelių arba hipergijų, kad padidintų turimų branduolių skaičių. Šis procesas padalija vieną branduolį į keletą virtualių branduolių. Tiksliau, kiekviena fizinė šerdis veikia kaip dvi gijos. Todėl keturių branduolių procesoriai gali dirbti su aštuoniomis gijomis, ty jie veikia kaip aštuonių branduolių procesorius.

Pastaba: Kai kurie specializuoti procesoriai gali pasiūlyti daugiau nei dvi gijas viename procesoriaus branduolyje. Tačiau visi tokie produktai yra išskirtiniai HPC ( High-Performance Computing ) ir superkompiuterių rinkoms. Stalinio kompiuterio procesoriaus branduoliai gali paleisti vieną arba dvi gijas.

Vis dėlto kelių gijų naudojimas nėra absoliutus procesoriaus galios dubliavimas. „Hyperthreading“ nepadidina procesoriaus branduolio našumo. „Intel“ tyrimai rodo, kad našumas padidėja maždaug 30%, nors tai gali labai skirtis ir retais atvejais net šiek tiek sumažinti našumą. Kai kurios programos ir programos veikia su ja geriau nei kitos. Pavyzdžiui, vaizdo žaidimams ne visada naudinga daugiau branduolių, nes jie dažnai yra jautresni laikrodžio greičiui. Kita programinė įranga, ypač vaizdo įrašų redagavimas ir animacija, veikia toliau su papildomais branduoliais ir gijomis.

Žinoma, neįmanoma išrasti papildomų branduolių – todėl imituojamos gijos turi dalytis turimais fiziniais ištekliais, esančiais jų pagrindinėje šerdyje. Tai gali reikšti, kad atskirų gijų našumas yra mažesnis, tačiau tai taip pat gali reikšti, kad ištekliai paskirstomi efektyviau. Juos gali naudoti bet kuris siūlas, kuriam jų labiau reikia.

Techninės įrangos ateitis

CPU branduolių kūrimo tendencija neabejotinai nukreipta į vis daugiau branduolių diegimą procesoriuose. Teoriškai būtų galima sukurti CPU su šimtais ar net tūkstančiais branduolių. Tai dar nėra komercinė realybė, nes AMD Threadripper ir EPYC procesoriai turi iki 64 branduolių. Tačiau šiuo metu realesnis dėmesys skiriamas našumo vienam vatui optimizavimui. Kitaip tariant – sumažinti procesorių energijos suvartojimą. Tai pirmiausia naudinga nešiojamiesiems kompiuteriams ir kitiems akumuliatoriais maitinamiems įrenginiams.

Energijos suvartojimo valdymas yra labai svarbus tolesniam reikšmingam našumo padidėjimui. Moore'o įstatymas paprastai padvigubino procesoriaus našumą maždaug kas dvejus metus dešimtmečius. Tačiau tai pirmiausia buvo pagrįsta mazgo susitraukimu, ty kiek maži gali būti mažiausi procesoriaus elementai.

Šiuolaikiniai procesoriaus mazgai yra tokie maži, kad yra labai arti fizinių dydžio mažinimo ribų. Todėl didėjantis našumas reiškia didesnį energijos suvartojimą ir didesnę šilumos išeigą. Netolimoje ateityje superkompiuterių centriniai procesoriai tokioje mažoje erdvėje gali pagaminti tiek šilumos, kad jų neįmanoma vėsinti oru, todėl reikės aušinimo skysčiu.

Natūralu, kad taip pat visada yra kuriami nauji CPU tipai. Du didžiausi čia esantys prekių ženklai – „Intel“ ir „AMD“ – gali pasigirti skirtingo tipo procesoriaus dizainu. Tai eina taip toli, kad atitinkami jų centriniai procesoriai yra geriau pritaikyti kai kuriems tikslams nei kiti. Žinoma, naujai sukurti CPU siūlo naujus naudojimo atvejus ir ypatybes, be esamų.

CPU architektūra yra sudėtinga tema. Augant turimoms technologijoms ir didesnio našumo poreikiui, didėja ir procesorių siūloma galia bei galimų konfigūracijų įvairovė. Kaip ir GPU rinka, CPU rinka rodo perėjimo prie konkrečių aparatinės įrangos greitintuvų ženklų. Tai gali užtikrinti didesnį našumą ir didesnį veiksmingumą atliekant tam tikras užduotis, tačiau padidina sudėtingumą.

Išvada

CPU šerdis yra viena ar daugiau specifinių procesoriaus dalių, kurios atlieka faktinį apdorojimą. Paprastai jie bus aptarnaujami ir apsupti registrų ir talpyklų. Didžioji dauguma šiuolaikinių procesorių turi kelis branduolius viename procesoriaus antgalie. CPU branduoliai gali būti identiški arba optimizuoti skirtingiems našumo / efektyvumo kreivės etapams.

CPU branduoliai paprastai yra bendrosios paskirties, galintys atlikti bet kokį apdorojimą, kurio gali prireikti CPU. Nebendrosios paskirties procesoriaus blokas gali būti vadinamas greitintuvu arba X apdorojimo šerdimi. X pakeičiamas konkrečia paskirtimi, pvz., neuronų apdorojimo branduoliais ir neuroniniais greitintuvais, skirtais dirbtinio intelekto apdorojimui.