Kaj so CPU jedra?

CPU jedro je bistveni del vsakega računalnika. CPE jedra so del vsakega CPE procesorja. Sodobni namizni procesorji imajo običajno od dve do 16 jeder, od katerih lahko vsako naenkrat poskrbi za eno določeno nalogo. Število razpoložljivih jeder je eden od ključnih pokazateljev, kako zmogljiv in hiter je računalnik pri najvišji zmogljivosti.

Omeniti velja, da jedra niso povsem neodvisna drug od drugega. Odvisno od posebne zasnove CPU so lahko jedra bolj ali manj tesno povezana. Lahko si delijo predpomnilnike, uporabljajo drug drugega za posredovanje sporočil ali celo delijo druge vrste komunikacijskih procesov. Pogosteje bodo jedra povezana prek vodil. Obstaja tudi razlika med procesorji, ki imajo samo enaka jedra, in tistimi, ki združujejo različna.

Oblikovanje procesorja

Zgodovinska večjedrna zasnova CPE je na splošno uporabljala homogeno topologijo CPE. To pomeni, da so vsa jedra enaka. Prednost tega je, da zahteva razvoj samo ene jedrne arhitekture, ki jo je mogoče kopirati in prilepiti tako pogosto, kot je potrebno. Prav tako olajša razporejanje opravil, saj lahko vsa jedra izvajajo vse naloge z enako hitrostjo in učinkovitostjo.

Bolj niansiran pristop k zasnovi jedra CPE je mogoče najti s heterogeno topologijo CPE. V tem primeru ima ena matrica CPE več vrst jeder, ki so običajno optimizirana za zmogljivost ali energetsko učinkovitost, včasih pa tudi srednjo pot. Ta nastavitev je še posebej uporabna v mobilnih napravah, kjer številna učinkovita jedra zagotavljajo dobro delovanje z minimalno porabo baterije. Vrhunsko zmogljivost lahko po potrebi zagotovijo tudi zmogljivejša jedra z optimizirano zmogljivostjo, vendar za ceno povečane porabe energije in proizvodnje toplote.

Zgodovinsko gledano so se procesorji začeli s samo enim jedrom in so lahko obravnavali le eno nalogo naenkrat. Sčasoma, ko se je povpraševanje po strojni opremi povečalo, to ni bilo več dovolj. Razviti in opuščeni so bili novejši, modernejši procesorji kot tisti z manj jedri. Izjema so bili prenosniki – zaradi prostorskih in hladilnih omejitev so procesorji prenosnikov v zgodovini zaostajali za namiznimi računalniki glede števila jeder procesorjev. Sodobni prenosni računalniki lahko primerjajo število jeder z namiznimi računalniki, vendar procesorji pogosto delujejo pri nižjih ravneh moči in takta za upravljanje temperatur.

Namig: Če poskušate sestaviti računalnik in izbrati svoj CPE, morate ciljati na absolutni minimum štirih jeder.

Večnitnost

Večina sodobnih procesorjev uporablja več- ali hiper-nitnost za povečanje števila razpoložljivih jeder. Ta postopek razdeli eno jedro na več virtualnih jeder. Natančneje, vsako fizično jedro deluje kot dve niti. Zato lahko procesorji s štirimi jedri delujejo z osmimi niti, kar pomeni, da delujejo kot osemjedrni procesorji.

Opomba: nekateri specializirani procesorji lahko ponudijo več kot dve niti na jedro procesorja. Vendar so vsi taki izdelki ekskluzivni za HPC ( visoko zmogljivo računalništvo ) in trge superračunalnikov. Jedra procesorja namizja lahko izvajajo eno ali dve niti.

Vendar večnitnost ni absolutno podvajanje moči procesorja. Hyperthreading ne podvoji zmogljivosti jedra procesorja. Intelova raziskava kaže, da nudi približno 30-odstotno povečanje zmogljivosti, čeprav se lahko to močno razlikuje in v redkih primerih celo nekoliko zmanjša zmogljivost. Nekatere aplikacije in programi z njim delujejo bolje kot drugi. Video igre na primer nimajo vedno koristi od večjega števila jeder, saj so pogosto bolj občutljive na takt. Druga programska oprema, zlasti urejanje videa in animacija, deluje dlje z dodatnimi jedri in niti.

Seveda je nemogoče izumiti dodatna jedra – zato si morajo simulirane niti deliti razpoložljive fizične vire svojega osnovnega jedra. To lahko pomeni, da imajo posamezne niti nižjo zmogljivost, lahko pa tudi pomeni, da so viri učinkoviteje porazdeljeni. Uporablja jih lahko katera koli nit, ki jih bolj potrebuje.

Prihodnost strojne opreme

Trend pri razvoju jeder CPE vsekakor gre v smeri implementacije vedno več jeder v CPE. Teoretično bi bilo možno zgraditi procesorje s stotinami ali celo tisoči jeder. To še ni komercialna resničnost, saj imajo procesorji AMD Threadripper in EPYC do 64 jeder. Za zdaj pa je bolj realističen poudarek optimizacija zmogljivosti na vat. Z drugimi besedami – zmanjšati porabo energije procesorjev. To koristi predvsem prenosnikom in drugim baterijskim napravam.

Upravljanje porabe energije je ključnega pomena za nadaljnje znatno povečanje zmogljivosti. Moorov zakon je desetletja na splošno podvojil zmogljivost procesorja približno vsaki dve leti. To pa je temeljilo predvsem na krčenju vozlišča, torej na tem, kako majhni so lahko najmanjši elementi v CPE.

Sodobna vozlišča CPE so tako majhna, da so zelo blizu fizičnim omejitvam zmanjšanja velikosti. Večja zmogljivost je torej pomenila večjo porabo energije in večjo toplotno moč. V bližnji prihodnosti bodo superračunalniški procesorji lahko proizvedli toliko toplote v tako majhnem prostoru, da jih bo nemogoče ohladiti z zrakom, kar bo zahtevalo hlajenje s tekočino.

Seveda se razvijajo tudi vedno novi tipi procesorjev. Dve največji blagovni znamki tukaj, Intel in AMD, se ponašata z različnimi vrstami zasnove CPE. To gre tako daleč, da so njihovi procesorji bolj primerni za nekatere uporabe kot za druge. Seveda novo oblikovani procesorji ponujajo nove primere uporabe in posebnosti poleg obstoječih.

Arhitektura procesorja je zapletena tema. Z naraščanjem razpoložljivih tehnologij in povpraševanja po večji zmogljivosti rasteta tudi moč, ki jo ponujajo procesorji, in raznolikost razpoložljivih konfiguracij. Tako kot trg grafičnih procesorjev tudi trg procesorjev kaže znake preusmerjanja k posebnim strojnim pospeševalcem. To lahko omogoči večjo zmogljivost in večjo učinkovitost pri določenih nalogah, vendar poveča kompleksnost.

Zaključek

Jedro procesorja je eden ali več posebnih delov procesorja, ki izvajajo dejansko obdelavo. Ti bodo običajno streženi in obdani z registri in predpomnilniki. Velika večina sodobnih procesorjev ponuja več jeder na enem procesorju. CPE jedra so lahko enaka ali optimizirana za različne stopnje na krivulji zmogljivost/učinkovitost.

CPE jedra so običajno splošnega namena, lahko izvajajo kakršno koli obdelavo, ki jo CPE morda potrebuje. Procesno enoto za nesplošno uporabo na matrici CPE lahko imenujemo pospeševalnik ali procesorsko jedro X. X je nadomeščen s posebnim namenom, kot so jedra za nevronsko obdelavo in nevronski pospeševalci za obdelavo z umetno inteligenco.