Despre procesoare multi-core.
Nu cu mult timp în urmă, noi nu am auzit și nu am știut despre procesoarele cu mai multe nuclee, iar astăzi ele dispun în mod agresiv de procesoare cu un singur nucleu. Boom-ul de procesoare multi-core a început, care este încă puțin! - sunt constrânși de prețurile lor relativ ridicate. Dar nimeni nu se îndoiește că viitorul este doar pentru procesoare multi-core!
Care este nucleul procesorului?
In centrul unui microprocesor centrale moderne (CPU - scurt din limba engleză unitatea centrală de procesare - .. O unitate centrală de calculator) este un nucleu (core) - cristal de suprafață de siliciu de aproximativ un centimetru pătrat, pe care, prin elemente logice microscopice realizate de circuite de prelucrare schematică, așa-numita arhitectură ( chip arhitectura).
Nucleul este conectat cu restul cip (numite „ambalaje», Pachetul CPU) tehnologie „flip-cip» (flip-cip, flip-chip de legare - miez inversat flip-cip metoda de montare). Tehnologia a primit numele său, deoarece dă spre exterior - vizibil - o parte a kernel-ului este de fapt lui „în jos“ - pentru a se asigura contactul direct cu cooler radiator pentru o mai bună disipare a căldurii. Din partea inversă se află "interfața" în sine - legătura dintre cristal și ambalaj. Compus core cu ambalare aranjate prin intermediul denivelări (Solder Gofre).
Miezul este situat pe o bază de textolit, de-a lungul căreia pârghiile de contact către "picioare" (tampoane de contact) sunt inundate cu o interfață termică și acoperite cu un capac metalic de protecție.
Ce este un procesor multi-core?
Un procesor multi-core este un microprocesor central care conține 2 sau mai multe nuclee computerizate pe un singur cip de procesor sau într-o singură carcasă.
Pentru o lungă perioadă de timp, crescând productivitatea procesoarelor tradiționale single-core a avut loc în principal prin creșterea secvențială frecvența ceasului (în jur de 80% din performanța frecvenței ceasului procesorului este determinat) cu creșterea simultană a numărului de tranzistori pe un singur cip. Cu toate acestea, creșterea în continuare a ceasului (la frecvența de ceas de 3,8 chips-uri GHz pur și simplu supraîncălzirea!) Reazemă seria de bariere fizice fundamentale (deoarece procesul este aproape se apropie de dimensiunea unui atom de procesoare de azi sunt disponibile pentru tehnologia de 45 nm, și dimensiunea atomului de siliciu - aproximativ 0,543 nm):
• În primul rând, pe măsură ce dimensiunea cristalului scade și frecvența ceasului crește, crește curentul de scurgere al tranzistorilor. Acest lucru duce la creșterea consumului de energie și la creșterea debitului de căldură;
• În al doilea rând, avantajele unei frecvențe mai mari a ceasului sunt parțial eliminate din cauza întârzierilor în accesarea memoriei, deoarece timpul de acces la memorie nu corespunde frecvențelor crescânde ale ceasului;
• În al treilea rând, pentru anumite aplicații, arhitecturi tradiționale de serie devin ineficiente pentru a crește frecvența de ceas a așa-numitei „von Neumann gâtuire“ - limitarea capacității, ca urmare a fluxului de calcul secvențial. Acest lucru crește întârziere-rezistive capacitive a semnalelor de transmisie, care este o piedică suplimentară asociată cu o creștere a vitezei de ceas.
Utilizarea sistemelor multiprocesor nu este folosită pe scară largă, deoarece necesită plăci de bază multiprocesoare complexe și costisitoare. Prin urmare, sa decis să se obțină o creștere suplimentară a performanțelor microprocesoarelor prin alte mijloace. Cea mai eficientă direcție a fost recunoscută în conceptul de multithreading, care provine din lumea supercomputerelor, este procesarea paralelă simultană a mai multor fluxuri de comenzi.
Hyper-threading a devenit de fapt o rampă de lansare pentru crearea procesoarelor cu două nuclee fizice pe un singur cip. Într-un cip cu 2 nuclee, două nuclee (două procesoare!) Funcționează în paralel, care, la o viteză mai mică a ceasului, oferă mai multă performanță, deoarece două fluxuri de instrucțiuni independente sunt executate simultan (simultan!).
Abilitatea procesorului de a executa mai multe fire de software în același timp se numește paralelism la nivel de fir (TLP). Nevoia de TLP depinde de situația specifică (în unele cazuri este inutil!).
Principalele probleme legate de crearea procesoarelor multi-core
• Fiecare nucleu al procesorului trebuie să fie independent, - cu consum independent de energie și putere controlată;
• programe software de piață care urmează să fie furnizate, capabile să rupă în mod eficient instrucțiuni de ramificare algoritm pe chiar (pentru procesoare cu un număr par de nuclee) sau impar (pentru procesoare cu număr impar de nuclee), numărul de fire;
• ...
Dezavantaje ale procesoarelor multi-core
• Creșterea costurilor de producție a procesoarelor cu mai multe nuclee (în comparație cu procesoarele cu un singur nucleu) îi determină pe producătorii de cipuri să-și mărească costurile, ceea ce împiedică în parte cererea;
• Deoarece două sau mai multe nuclee funcționează simultan simultan cu RAM, este necesar să le "înveți" să lucreze fără conflicte;
• Creșterea consumului de energie necesită utilizarea unor scheme puternice de alimentare;
• Este necesar un sistem de răcire mai puternic;
• Numărul este optimizat pentru software-ul multi-core este neglijabilă (majoritatea programelor sunt concepute pentru a lucra într-un mod single-core clasic, astfel încât acestea nu pot folosi puterea de calcul a miezurilor suplimentare);
• Sistemele de operare care suportă procesoare multi-core (de exemplu, Windows XP SP2 și versiuni ulterioare) utilizează resursele de calcul ale miezurilor suplimentare pentru propriile lor nevoi de sistem;
• ...
Ar trebui recunoscut faptul că procesoarele multi-core utilizate în prezent sunt extrem de ineficiente. În plus, în practică, procesoarele n-core nu realizează calcule de mai multe ori mai rapide decât procesoarele cu un singur nucleu: deși câștigul de performanță este semnificativ, depinde și de tipul aplicației. Pentru programele care nu sunt proiectate să funcționeze cu procesoare multi-core, performanța crește cu numai 5%. Dar optimizat pentru procesoarele cu mai multe nuclee funcționează mai rapid cu 50%.
Nucleul, ca memoria, nu se întâmplă prea mult.
Liderii procesorului, Intel și AMD, cred că viitorul se bazează pe calculul paralel și continuă să crească în mod constant numărul de nuclee din procesoare.
Apariția procesoarelor multi-core stimulează apariția sistemelor de operare și a aplicațiilor software care suportă mai multe nuclee.
• Dezvoltatorii Intel spun: "... în procesul de dezvoltare, numărul de nuclee va deveni din ce în ce mai mult ...".
***
Ce ne așteaptă în viitor
• Intel pentru a nu vorbi despre „multi-core» (Multi-Core) procesor, așa cum se face în ceea ce privește 2-, 4-, 8-, 16- sau chiar 32-core soluții și un „multi-core» (Many-Core ), ceea ce implică un sistem complet nou cip macrostructură arhitecturale, comparabile (dar similare), cu arhitectura procesorului Cell.
Structura unei astfel de multi-core-chip înseamnă lucrul cu același set de instrucțiuni, dar cu un nucleu puternic central sau procesor mai puternic, «înconjurat de o“ multitudine de miezuri auxiliare, care va ajuta să se ocupe mai eficient aplicații multimedia complexe într-un mod multithread. În plus față de bază „de uz general», procesoarele Intel vor avea, de asemenea nuclee specializate pentru diferite clase de probleme - cum ar fi grafice, algoritmi de recunoaștere a vorbirii, prelucrare și protocoale de comunicare.
Justin R. Rattner, șeful Grupului Corporate Technology din cadrul Intel, a prezentat această arhitectură la o conferință de presă de la Tokyo. Potrivit lui, pot exista câteva zeci de astfel de nuclee auxiliare într-un nou procesor multi-core. În contrast cu accentul pe nuclee de calcul mari, mari consumatoare de energie, cu o disipare a căldurii mare, Intel cristale multi-core va activa doar acele nuclee, care sunt necesare pentru sarcina, în timp ce alte nuclee sunt dezactivate. Acest lucru va permite cristalului să consume cât mai multă energie electrică de care aveți nevoie la un moment dat.
Potrivit lui Galum, în cele din urmă, succesul sistemelor multi-core va depinde de dezvoltatorii care ar putea fi nevoiți să schimbe limbile de programare și să rescrie toate bibliotecile existente.
notițe
1. Numele de cod (denumire, nume) este numele nucleului procesorului.
2. Ruleta este o serie de modele de procesoare din aceeași serie. Într-o singură linie, procesoarele pot diferi semnificativ unul de celălalt într-un număr de parametri.
3. Chip (cip de limba engleză) - cristal; cip.
4. În cadrul procesului tehnologic (proces tehnic, tehnologie, tehnologie de fabricare a microprocesoarelor) se înțelege mărimea porții tranzistorului. De exemplu, când spunem tehnologia procesului de 32nm, aceasta înseamnă că dimensiunea porții tranzistorului este de 32 nanometri.
5. Canalul este regiunea tranzistorului prin care trece curentul controlat al transportoarelor principale de încărcare.
Sursa este electrodul tranzistorului, de unde pătrund în canal principalii purtători de sarcină.
Drainul este electrodul tranzistorului, prin intermediul căruia purtătorii principali de încărcare părăsesc canalul.
Poarta este un electrod tranzistor, care servește la reglarea secțiunii transversale a canalului.
6. De fapt, tranzistorii sunt întrerupătoare miniaturizate care utilizează aceleași "zerouri" și "acelea" care formează baza informațiilor digitale. Obturatorul este proiectat pentru a activa și dezactiva tranzistorul. În starea de pornire, tranzistorul trece curentul, iar în starea decuplată nu funcționează. Dielectricul de poartă este amplasat sub electrodul porții. Acesta este conceput pentru a izola declanșatorul atunci când curentul trece prin tranzistor.
Mai mult de 40 de ani pentru fabricarea dielectricilor gate tranzistor utilizate dioxid de siliciu (datorită ușurinței utilizării sale în producția de masă și posibilitatea de performanță tranzistor îmbunătățire continuă prin reducerea grosimii stratului dielectric). Intel specialist a reușit să reducă grosimea stratului dielectric de 1,2 nm (care este echivalent cu numai 5 straturi atomice!) - acest lucru a fost realizat în tehnologia 65nm.
Cu toate acestea, o reducere suplimentară a grosimii stratului dielectric duce la o mai mare curent de scurgere prin dielectric, având ca rezultat creșterea pierderii de curent și căldură. Creșterea de scurgere de curent prin poarta tranzistorului cu reducerea grosimii stratului dielectric de dioxid de siliciu este unul dintre obstacolele tehnice cele mai formidabile în calea Legii lui Moore. Pentru a rezolva această problemă fundamentală Intel Corporation a înlocuit dioxid de siliciu poarta dielectric cu un strat subțire de material de mare k bazat pe hafniu. Acest lucru a permis reducerea curentului de scurgere cu mai mult de 10 ori comparativ cu dioxidul de siliciu. Material de înaltă k poarta dielectric nu este compatibil cu electrozii convenționali gate de siliciu, astfel ca al doilea component Intel «rețeta» noilor sale tranzistori create pe baza procesului tehnologic de 45 nm a fost dezvoltarea de noi electrozi folosind materiale metalice. Pentru fabricarea electrozilor de poartă ai unui tranzistor se folosește o combinație de diverse materiale metalice.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: