Kas ir CPU kodoli?

CPU kodols ir būtiska jebkura datora sastāvdaļa. CPU kodoli ir jebkura CPU procesora sastāvdaļa. Mūsdienu galddatoru CPU parasti ir no diviem līdz 16 kodoliem, no kuriem katrs var vienlaikus veikt vienu konkrētu uzdevumu. Pieejamo kodolu skaits ir viens no kritiskajiem rādītājiem, kas norāda, cik jaudīgs un ātrs ir datorā ar maksimālo veiktspēju.

Ir vērts atzīmēt, ka serdeņi nav pilnībā neatkarīgi viens no otra. Atkarībā no konkrētā CPU dizaina kodoli var būt vairāk vai mazāk cieši saistīti. Viņi var koplietot kešatmiņas, izmantot viens otru, lai nosūtītu ziņojumus, vai pat koplietot cita veida saziņas procesus. Biežāk nekā nē, serdeņi tiks savienoti, izmantojot autobusus. Pastāv arī atšķirība starp CPU, kuriem ir tikai identiski kodoli, un tiem, kas apvieno dažādus.

CPU dizains

Vēsturiski daudzkodolu CPU dizains parasti izmanto viendabīgu CPU topoloģiju. Tas ir, visi serdeņi ir identiski. Tam ir tāda priekšrocība, ka ir nepieciešams izstrādāt tikai vienu pamata arhitektūru, ko var kopēt un ielīmēt tik bieži, cik nepieciešams. Tas arī atvieglo uzdevumu plānošanu, jo visi kodoli var veikt visus uzdevumus ar tādu pašu ātrumu un efektivitāti.

Niansētāku pieeju CPU kodola dizainam var atrast ar heterogēnu CPU topoloģiju. Šajā gadījumā vienam CPU veidnei ir vairāku veidu kodoli, kas parasti ir optimizēti veiktspējai vai jaudas efektivitātei, un dažreiz arī vidusceļš. Šī iestatīšana ir īpaši noderīga mobilajās ierīcēs, kur daudzi efektīvi kodoli nodrošina labu veiktspēju ar minimālu akumulatora iztukšošanu. Maksimālo veiktspēju vajadzības gadījumā var nodrošināt arī jaudīgāki veiktspējas optimizēti serdeņi, taču uz palielinātas jaudas patēriņa un siltuma ražošanas rēķina.

Vēsturiski CPU sākās tikai ar vienu kodolu un vienlaikus varēja veikt tikai vienu uzdevumu. Laika gaitā, pieaugot pieprasījumam pēc aparatūras, ar to vairs nepietika. Tika izstrādāti un pakāpeniski izņemti jaunāki, modernāki CPU nekā tie, kuriem ir mazāk kodolu. Izņēmums bija klēpjdatori — vietas un dzesēšanas ierobežojumu dēļ klēpjdatoru CPU vēsturiski ir atpalikuši no galddatoriem CPU kodolu skaitā. Mūsdienu klēpjdatori var pielīdzināt galveno skaitu galddatoriem, taču CPU bieži darbojas ar zemāku jaudas līmeni un takts ātrumu, lai pārvaldītu temperatūru.

Padoms. Ja mēģināt izveidot datoru un izvēlēties savu centrālo procesoru, absolūtais kodolu minimums, kas jums jātiecas sasniegt, ir četri.

Daudzpavedienu veidošana

Lielākā daļa mūsdienu procesoru izmanto vairāku vai hiperpavedienu, lai palielinātu pieejamo kodolu skaitu. Šis process sadala vienu kodolu vairākos virtuālos kodolos. Precīzāk, katrs fiziskais kodols darbojas kā divi pavedieni. Tāpēc CPU ar četriem kodoliem var strādāt ar astoņiem pavedieniem, kas nozīmē, ka tie darbojas kā astoņu kodolu CPU.

Piezīme. Daži specializētie CPU var piedāvāt vairāk nekā divus pavedienus vienam CPU kodolam. Tomēr visi šādi produkti ir ekskluzīvi HPC ( augstas veiktspējas skaitļošanas ) un superskaitļošanas tirgiem. Darbvirsmas CPU kodoli var darbināt vienu vai divus pavedienus.

Tomēr daudzpavedienu izmantošana nav absolūta CPU jaudas dublēšana. Hiperpavediens nedublizē CPU kodola veiktspēju. Intel pētījumi liecina, ka tas piedāvā veiktspējas pieaugumu par aptuveni 30%, lai gan tas var ievērojami atšķirties un retos gadījumos pat nedaudz samazināt veiktspēju. Dažas lietotnes un programmas ar to darbojas labāk nekā citas. Piemēram, videospēles ne vienmēr gūst labumu no vairāk kodolu, jo bieži vien tās ir jutīgākas pret pulksteņa ātrumu. Cita programmatūra, īpaši video rediģēšana un animācija, darbojas tālāk ar papildu kodoliem un pavedieniem.

Protams, nav iespējams izgudrot papildu kodolus, tāpēc simulētajiem pavedieniem ir jādalās ar to pamatā esošā kodola pieejamajiem fiziskajiem resursiem. Tas var nozīmēt, ka pavedieniem atsevišķi ir zemāka veiktspēja, taču tas var nozīmēt arī to, ka resursi tiek sadalīti efektīvāk. Tos var izmantot, kuram pavedienam tie ir vajadzīgi vairāk.

Aparatūras nākotne

CPU kodolu izstrādes tendence noteikti virzās uz arvien vairāk kodolu ieviešanu CPU. Teorētiski būtu iespējams uzbūvēt CPU ar simtiem vai pat tūkstošiem kodolu. Tā vēl nav komerciāla realitāte, jo AMD Threadripper un EPYC CPU ir līdz 64 kodoliem. Tomēr pagaidām reālāks mērķis ir optimizēt veiktspēju uz vatu. Citiem vārdiem sakot, lai samazinātu CPU enerģijas patēriņu. Tas galvenokārt dod labumu klēpjdatoriem un citām ar akumulatoru darbināmām ierīcēm.

Enerģijas patēriņa pārvaldība ir ļoti svarīga turpmākam ievērojamam veiktspējas palielinājumam. Mūra likums parasti ir dubultojis CPU veiktspēju aptuveni ik pēc diviem gadiem gadu desmitiem. Tomēr tas galvenokārt bija balstīts uz mezgla samazināšanos, ti, cik mazi varētu būt mazākie CPU elementi.

Mūsdienu CPU mezgli ir tik mazi, ka tie ir ļoti tuvu izmēra samazināšanas fiziskajiem ierobežojumiem. Tāpēc veiktspējas palielināšana ir nozīmējusi lielāku enerģijas patēriņu un lielāku siltuma jaudu. Tuvākajā nākotnē superdatoru CPU var ražot tik daudz siltuma tik mazā telpā, ka tos nav iespējams atdzesēt ar gaisu, jo nepieciešama šķidruma dzesēšana.

Protams, vienmēr tiek izstrādāti arī jauni CPU veidi. Diviem lielākajiem zīmoliem šeit ir Intel un AMD, katrs lepojas ar dažāda veida CPU dizainu. Tas ir tik tālu, ka to attiecīgie CPU ir labāk piemēroti dažiem lietojumiem nekā citiem. Protams, jaunizveidotie CPU piedāvā jaunus lietošanas gadījumus un specialitātes papildus esošajiem.

CPU arhitektūra ir sarežģīta tēma. Pieaugot gan pieejamajām tehnoloģijām, gan pieprasījumam pēc augstākas veiktspējas, pieaug arī CPU piedāvātā jauda un pieejamo konfigurāciju dažādība. Tāpat kā GPU tirgū, arī CPU tirgū ir pazīmes, kas liecina par pāreju uz konkrētiem aparatūras paātrinātājiem. Tas var nodrošināt lielāku veiktspēju un lielāku efektivitāti konkrētu uzdevumu veikšanā, bet palielina sarežģītību.

Secinājums

CPU kodols ir viena vai vairākas īpašas CPU formas daļas, kas veic faktisko apstrādi. Parasti tie tiks apkalpoti, un tos ieskauj reģistri un kešatmiņas. Lielākā daļa mūsdienu CPU piedāvā vairākus kodolus vienā CPU veidnē. CPU kodoli var būt identiski vai optimizēti dažādiem veiktspējas/efektivitātes līknes posmiem.

CPU kodoli parasti ir universāli, kas spēj veikt jebkādu apstrādi, kas varētu būt nepieciešama CPU. Nevispārēja lietojuma apstrādes bloku uz CPU matricas var saukt par paātrinātāju vai X apstrādes kodolu. X tiek aizstāts ar noteiktu mērķi, piemēram, neironu apstrādes kodoliem un neironu paātrinātājiem AI apstrādei.