Шта су ЦПУ језгра?

ЦПУ језгро је суштински део сваког рачунара. ЦПУ језгра су део сваког ЦПУ процесора. Модерни десктоп ЦПУ обично имају између два и 16 језгара, од којих свако може да се брине за један по један задатак. Број доступних језгара је један од критичних показатеља колико је рачунар моћан и брз са врхунским перформансама.

Вреди напоменути да језгра нису потпуно независна једно од другог. У зависности од специфичног дизајна ЦПУ-а, језгра могу бити мање или више блиско повезана. Они могу да деле кеш меморије, да користе једни друге да прослеђују поруке или чак да деле друге врсте комуникационих процеса. Чешће него не, језгра ће бити повезана преко магистрала. Такође постоји разлика између ЦПУ-а који имају само идентична језгра и оних који комбинују различита.

ЦПУ Десигн

Историјски вишејезгарни ЦПУ дизајн је генерално користио хомогену ЦПУ топологију. То јест, сва језгра су идентична. Ово има предност што захтева само развојни напор једне језгрене архитектуре која се може копирати и налепити онолико често колико је потребно. Такође олакшава заказивање задатака јер сва језгра могу обављати све задатке истом брзином и ефикасношћу.

Изнијансиранији приступ дизајну ЦПУ језгра може се наћи са хетерогеном ЦПУ топологијом. У овом случају, једна ЦПУ матрица има више типова језгра, обично оптимизованих за перформансе или енергетску ефикасност, а понекад и средњи пут. Ово подешавање је посебно корисно на мобилним уређајима, где бројна ефикасна језгра пружају добре перформансе уз минимално пражњење батерије. Врхунске перформансе такође могу бити обезбеђене када је то потребно снажнијим језграма са оптимизованим перформансама, али по цену повећања потрошње енергије и производње топлоте.

Историјски гледано, процесори су почињали са само једним језгром и могли су да обрађују само један задатак у исто време. Временом, како је потражња за хардвером расла, то више није било довољно. Развијени су и повучени новији, модернији ЦПУ-и од оних са мање језгара. Изузетак су били лаптопови – због ограничења простора и хлађења, процесори за лаптоп су историјски заостајали за десктоп рачунарима у броју језгара ЦПУ-а. Модерни лаптоп рачунари могу да упореде број језгара са стоним рачунарима, али ЦПУ-ови често раде на нижим нивоима снаге и тактовима да би управљали температурама.

Савет: Ако покушавате да направите рачунар и изаберете свој ЦПУ, апсолутни минимум језгара на који треба да тежите је четири.

Мултитхреадинг

Већина модерних процесора користи вишеструко или хипер-нитирање да повећа број доступних језгара. Овај процес дели једно језгро на неколико виртуелних језгара. Конкретно, свако физичко језгро ради као две нити. Стога, процесори са четири језгра могу да раде са осам нити, што значи да функционишу као процесор са осам језгара.

Напомена: Неки специјализовани ЦПУ-и могу понудити више од две нити по језгру ЦПУ-а. Међутим, сви такви производи су ексклузивни за ХПЦ ( рачунање високих перформанси ) и тржишта суперрачунара. ЦПУ језгра десктоп рачунара могу да покрећу једну или две нити.

Међутим, мултитхреадинг није апсолутно дуплирање ЦПУ снаге. Хипертхреадинг не удвостручује перформансе ЦПУ језгра. Интелово истраживање сугерише да нуди повећање перформанси од око 30%, иако то може значајно да варира и, у ретким случајевима, чак и незнатно умањи перформансе. Неке апликације и програми раде са њим боље од других. Видео игре, на пример, немају увек користи од више језгара, често су осетљивије на брзину такта. Други софтвер, посебно видео уређивање и ан��мација, иде даље са додатним језграма и нити.

Наравно, немогуће је измислити додатна језгра – тако да симулиране нити морају да деле доступне физичке ресурсе свог основног језгра. То може значити да нити имају ниже перформансе појединачно, али такође може значити да су ресурси ефикасније распоређени. Може их користити која год нит им је више потребна.

Будућност хардвера

Тренд у развоју ЦПУ језгра дефинитивно иде ка имплементацији све више и више језгара у ЦПУ. Теоретски, било би могуће направити ЦПУ са стотинама или чак хиљадама језгара. То још није комерцијална стварност, са АМД-овим Тхреадриппер-ом и ЕПИЦ процесорима који имају до 64 језгра. За сада, ипак, реалнији фокус је оптимизација перформанси по вату. Другим речима – да се смањи потрошња енергије ЦПУ-а. Ово првенствено користи лаптоп рачунарима и другим уређајима на батерије.

Управљање потрошњом енергије је критично за даље значајно повећање перформанси. Муров закон је генерално удвостручио перформансе ЦПУ-а отприлике сваке две године деценијама. Ово се, међутим, првенствено заснивало на смањењу чвора, односно на томе колико би најмањи елементи у ЦПУ-у могли бити мали.

Модерни ЦПУ чворови су толико мали да су веома близу физичких ограничења смањења величине. Повећање перформанси је стога значило већу потрошњу енергије и већу топлотну снагу. У блиској будућности, ЦПУ-и суперкомпјутера могу произвести толико топлоте у тако малом простору да их је немогуће охладити ваздухом, што захтева течно хлађење.

Наравно, увек се развијају нови типови ЦПУ-а. Два највећа бренда овде, Интел и АМД, имају различите типове ЦПУ дизајна. Ово иде толико далеко да су њихови процесори погоднији за неке намене од других. Наравно, новодизајнирани ЦПУ-и нуде нове случајеве употребе и специјалитете поврх постојећих.

Архитектура процесора је сложена тема. Како расту и доступне технологије и потражња за вишим перформансама, расте и снага коју ЦПУ нуде и разноврсност доступних конфигурација. Као и тржиште ГПУ-а, тржиште ЦПУ-а показује знаке померања ка специфичним хардверским акцелераторима. Ово може омогућити више перформанси и већу ефикасност у одређеним задацима, али повећава сложеност.

Закључак

ЦПУ језгро је један или више специфичних делова ЦПУ матрице који обављају стварну обраду. Они ће обично бити опслуживани и окружени регистрима и кешовима. Огромна већина модерних ЦПУ-а нуди више језгара на једном ЦПУ-у. ЦПУ језгра могу бити идентична или оптимизована за различите фазе на кривој перформанси/ефикасности.

ЦПУ језгра су обично опште намене, способна да изврше било коју обраду која би ЦПУ могла да затреба. Процесна јединица која није опште намене на ЦПУ матрици може се назвати акцелератором или Кс језгром за обраду. Кс је замењен специфичном сврхом, као што су језгра за неуралну обраду и неуронски акцелератори за АИ обраду.