Многоя́дерный проце́ссор - центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.
Среди многоядерных процессоров к данному моменту можно выделить
*процессоры, предназначенные в основном для встраиваемых и мобильных приложений, в которых большое внимание разработчиков было уделено средствам и методам снижения энергопотребления (SEAforth (SEAforth24, seaforth40), Tile (Tile36, Tile64, Tile64pro), AsAP-II, CSX700);
*процессоры для вычислительных или графических станций, где вопросы энергопотребления не столь критичны (графические процессоры, например, процессоры серии g80 от NVIDIA, проект Larrabee от Intel, отчасти сюда можно отнести и процессор Cell от IBM, хотя количество вычислительных ядер у него относительно невысоко);
* процессоры т.н. мейнстрима - предназначенные для серверных, рабочих станций и персональных компьютеров (AMD, Intel, Sun);
- Количество ядер (Количество ядер. Ядро (core) – кристалл кремния площадью примерно один квадратный сантиметр, на котором посредством микроскопических логических элементов реализована принципиальная схема процессора, так называемая архитектура. Каждое ядро воспринимается системой как отдельный, самостоятельный процессоров, со всем необходимым набором функций.)
Тактовая частота (такт - элементарная операция в секунду, которую может выполнить процессор. Следовательно, количество тактов - это показатель, сколько операций в секунду времени способен обработать процессор. Единицей измерения этого параметра являются гигагерцы ГГц.)
Кеш-память (память, непосредственно встроенная в процессор, и используемая для хранения и обращения к часто используемым данным, называется кеш-память. Она делиться на несколько уровней - L1, L2 и L3. Вышестоящий уровень кеш-памяти имеет больший объем, но менее скоростной доступ к данным.)
Разрядность (определяет количество информации, которой может обменяться процессор с оперативной памятью за один такт. Параметр этот измеряется в битах. Параметр разрядности влияет на объем возможной оперативной памяти - 32-х битный процессор может работать только с 4 Гб оперативной памяти.)
Производительность
Потребляемая мощность
Размеры
Стоимость
Классы задач, на которые рассчитаны
Сравнительные характеристики производительности процессоров, потребляемой мощности и скоростей обмена данными представлены в таблицах
(Мфлопс - миллион операций с плавающей точкой в секунду)
Немалый вклад в общую производительность процессора и эффективность его работы вкладывает и структура межъядерных связей и организация подсистемы памяти, в частности кэш-памяти
Процессор CSX700
Архитектура процессора CSX700 была разработана для решения так называемой проблемы массо-габаритных показателей и потребляемой мощности (Size, Weight and Power (SWAP)), которая, как правило, является основной для встраиваемых высокопроизводительных приложений. Путем интегрирования процессоров, системных интерфейсов и встроенной памяти с коррекцией ошибок, CSX700 представляет собой достаточно экономичное, надежное и производительное решение, отвечающее требованиям современных приложений.
Архитектура процессора оптимизирована для работы с применением массового параллелизма данных и спроектирована с высокой степенью эффективности и надежности. Архитектура нацелена на интеллектуальную обработку сигналов и обработку изображений во временной и частотной областях.
Кристалл CSX700 содержит 192 высокопроизводительных процессорных ядра, встроенную буферную память размером 256 кбайт (два банка по 128 кбайт), кэш данных и кэш команд, ECC-защиту внутренней и внешней памяти, встроенный контроллер прямого доступа в память. Для обеспечения накристаль-ной и межкристальной сети используется технология ClearConnect NoC (рис. 11).
Процессор состоит из двух относительно независимых модулей MTAP (MultiThreaded Array Processor - многопотоковый процессорный массив), содержащих кэши инструкций, данных, блоки управления процессорными элементами, и набор из 96 вычислительных ядер (рис. 12).
Рис. 12. Структура MTAP-блока
Каждое ядро имеет двойной блок вычислений с плавающей точкой (сложение, умножение, деление, вычисление квадратного корня, поддерживаются числа одинарной и двойной точности), 6 кбайт высокопроизводительной оперативной памяти, 128-байтный регистровый файл. Поддерживается 64-битное виртуальное адресное пространство и 48-битное реальное.
Технические характеристики процессора:
тактовая частота ядер 250 MГц;
96 ГФлоп для данных двойной или одинарной точности;
поддерживает 75 ГФлоп при тесте перемножения матриц двойной точности (DGEMM);
производительность целочисленных операций 48 ШАОс;
рассеиваемая мощность 9 Вт;
пропускная способность внутренних шин памяти 192 Гбайт/с;
две внешние шины памяти 4 Гбайт/с;
скорость обмена данными между отдельными процессорами 4 Гбайт/с;
интерфейсы PCIe, 2·DDR2 DRAM (64 бита).
Разработанный для систем с низким энергопотреблением, данный процессор работает на относительно низкой тактовой частоте и имеет механизм управления частотой, который позволяет регулировать производительность приложений в условиях определенного энергопотребления и теплового окружения.
CSX700 поддерживается профессиональной средой разработки (SDK) на основе технологии Eclipse с визуальными средствами отладки приложений, базирующейся на оптимизированном компиляторе ANSI C с расширениями для параллельного программирования. В дополнение к стандартной библиотеке С идет набор оптимизированных библиотек с такими функциями, как БПФ, BLAS, LAPACK и др.
Современные процессоры Intel и AMD
Современный рынок процессоров делят два главных конкурента – Intel и AMD.
Процессоры от компании Intel, сегодня считаются самыми производительными, благодаря семейству Core i7 Extreme Edition. В зависимости от модели они могут иметь до 6 ядер одновременно, тактовую частоту до 3300 МГц и до 15 Мб кэш памяти L3. Самые популярные ядра в сегменте настольных процессоров создаются на основе Intel - Ivy Bridge и Sandy Bridge.
В процессорах компании Intel применяются фирменные технологии собственной разработки для повышения эффективности работы системы.
1. Hyper Threading - За счет этой технологии, каждое физическое ядро процессора способно обрабатывать по два потока вычислений одновременно, получается, что число логических ядер фактически удваивается.
2. Turbo Boost - Позволяет пользователю совершить автоматический разгон процессора, не превышая при этом максимально допустимый предел рабочей температуры ядер.
3. Intel QuickPath Interconnect (QPI) - Кольцевая шина QPI соединяет все компоненты процессора, за счет этого сводятся к минимуму все возможные задержки при обмене информацией.
4. Visualization Technology - Аппаратная поддержка решений виртуализации.
5. Intel Execute Disable Bit - Практически антивирусная программа, она обеспечивает аппаратную защиту от возможных вирусных атак, в основе которых лежит технология переполнения буфера.
6. Intel SpeedStep-Инструмент позволяющий изменять уровень напряжения и частоты в зависимости от создаваемой нагрузки на процессор.
Core i7 – на данный момент топовая линия компании
Core i5 – отличаются высокой производительностью
Core i3 – невысокая цена, высокая/средняя производительность
Самые быстрые процессоры фирмы AMD все же медленнее, чем самые быстрые процессоры Intel (данные на ноябрь 2010). Но благодаря своему хорошему соотношению цены и качества, процессоры AMD, в основном для настольных ПК, являются прекрасной альтернативой процессорам Intel.
Для процессоров Athlon II и Phenom II важным является не только тактовая частота, но и количество ядер процессора. Athlon II и Phenom II в зависимости от модели могут иметь два три или четыре ядра. Модель с шестью ядрами – только серия Highend Phenom II.
Большинство современных процессоров созданных компанией AMD по умолчанию поддерживают следующие технологии:
1. AMD Turbo CORE - Эта технология призвана автоматически регулировать производительность всех ядер процессора, за счет управляемого разгона (подобная технология у компании Intel имеет название TurboBoost).
2. AVX (Advanced Vector Extensions), ХОР и FMA4 - Инструмент, имеющий расширенный набор команд, специально созданных для работы с числами с плавающей точкой. Однозначно полезный инструментарий.
3. AES (Advanced Encryption Standard) - В программных приложениях использующих шифрование данных, повышает производительность.
4. AMD Visualization (AMD-V) - Эта технология виртуализации, помогает обеспечить разделение ресурсов одного компьютера между несколькими виртуальными машинами.
5. AMD PowcrNow! - Технология управления питанием. Она помогают пользователю добиться повышения производительности, за счет динамической активации и деактивации части процессора.
6. NX Bit - Уникальная антивирусная технология, помогающая предотвратить инфицирование персонального компьютера определенными видами вредоносных программ.
Использование в ГИС
Геоинформационные системы - многофункциональные средства анализа сведенных воедино табличных, текстовых и картографических данных, демографической, статистической, земельной, муниципальной, адресной и другой информации. Многоядерные процессоры необходимы для быстрой обработки различных видов информации, так как они значительно ускоряют и распределяют работу программ.
ВЫВОД
Переход к многоядерным процессорам становится основным направлением повышения производительности. На данный момент самым распространенным считается 4-х и 6-и ядерные процессоры. Каждое ядро воспринимается системой как отдельный, самостоятельный процессоров, со всем необходимым набором функций. Технология многоядерных процессоров, позволила распараллелить операции вычисления, вследствие чего повысился показатель быстродействия ПК.
http://www.intuit.ru/department/hardware/mcoreproc/15/
http://kit-e.ru/articles/build_in_systems/2010_2_92.php
http://softrew.ru/instructions/266-sovremennye-processory.html
http://it-notes.info/centralnyj-processor/
http://www.mediamarkt.ru/mp/article/AMD,847020.html
Преимущества многоядерных процессоров
Возможность распределять работу программ, например, основных задач приложений и фоновых задач операционной системы, по нескольким ядрам;
Увеличение скорости работы программ;
Процессы, требующие интенсивных вычислений, протекают намного быстрее;
Более эффективное использование требовательных к вычислительным ресурсам мультимедийных приложений (например, видеоредакторов);
Снижение энергопотребления;
Работа пользователя ПК становится более комфортной;
В наши дни минимально допустимой нормой комплектации более менее серьёзной вычислительной техники считается наличие двухъядерного процессора. Причём, данный параметр актуален даже для мобильных компьютерных устройств, планшетных ПК и солидных смартфонов-коммуникаторов . Поэтому будем разбираться, что же это за ядра такие и почему о них важно знать любому пользователю.
Суть простыми словами
Первый двухъядерный чип, предназначенный именно для массового потребления, появился в мае 2005-го. Изделие называлось Pentium D (формально относилось к серии Pentium 4). До этого подобные структурные решения применялись на серверах и для специфических целей, в персональные компьютеры не вставлялись.
Вообще, сам по себе процессор (микропроцессор, CPU, Central Processing Unit, центральное процессорное устройство, ЦПУ) - это кристалл, на который с помощью нанотехнологий наносятся миллиарды микроскопических транзисторов, резисторов и проводников. Потом напыляются золотые контакты, «камушек» монтируется в корпусе микросхемы, а затем всё это интегрируется в чипсет .
Теперь представьте себе, что внутри микросхемы установили два таких кристалла. На одной подложке, взаимосвязанные и действующие как единое устройство. Это и есть двухъядерный предмет обсуждения.
Конечно, два «камушка» - не предел. В момент написания статьи мощным считается ПК, оборудованный чипом с четырьмя ядрами, не считая вычислительных ресурсов видеокарты. Ну а на серверах стараниями фирмы AMD уже используется аж шестнадцать.
Нюансы терминологии
У каждого из кристаллов обычно имеется своя собственная кэш-память первого уровня. Однако если оная второго уровня у них общая, то это всё равно один микропроцессор, а не два (или больше) самостоятельных.
Полноценным отдельным процессором ядро можно назвать только в том случае, если таковое обладает собственным кэшем обоих уровней. Но это нужно лишь для применения на очень мощных серверах и всяческих суперкомпьютерах (любимых игрушках учёных).
Впрочем, «Менеджер задач» в ОС Windows или «Системный монитор» в GNU/Linux может показывать ядра как CPU. В смысле, CPU 1 (ЦП 1), CPU 2 (ЦП 2) и так далее. Пусть это не вводит вас в заблуждение, ведь обязанность программы - не разбираться в инженерно-архитектурных нюансах, а всего лишь интерактивно отображать загрузку каждого из кристаллов.
Значит, плавно переходим к этой самой загрузке и вообще к вопросам целесообразности явления как такового.
Зачем это нужно
Количество ядер, отличающееся от единицы, задумано в первую очередь для распараллеливания выполняемых задач.
Предположим, вы включили ноутбук и читаете сайты во всемирной паутине . Скрипты, коими современные веб-страницы перегружены просто до неприличия (кроме мобильных версий), будут обрабатываться только одним ядром. На него и обрушится стопроцентная нагрузка, если что-то нехорошее сведёт браузер с ума.
Второй кристалл продолжит работать в нормальном режиме и позволит справиться с ситуацией - как минимум, открыть «Системный монитор» (или эмулятор терминала) и принудительно завершить спятившую программу.
Кстати, именно в «Системном мониторе» вы сможете собственными глазами увидеть, какой именно софт внезапно слетел с катушек и который из «камушков» заставляет кулер отчаянно завывать.
Некоторые программы изначально оптимизированы под многоядерную архитектуру процессоров и сразу же отправляют разные потоки данных в разные кристаллы. Ну а обычные приложения обрабатываются по принципу «один поток - одно ядро».
То бишь, прирост производительности станет ощутимым, если одновременно действует более одного потока. Ну а поскольку почти все ОС являются многозадачными, позитивный эффект от распараллеливания будет проявляться практически постоянно.
Как с этим жить
Касаемо вычислительной техники массового потребления, чипы с одним ядром нынче - это, в основном, ARM-процессоры в простеньких телефонах и миниатюрных медиаплеерах. Выдающейся производительности от таких приборов не требуется. Максимум - браузер Opera Mini запустить, клиент ICQ, несложную игру, прочие непритязательные приложения на Java.
Всё остальное, начиная даже с самых дешёвых планшетов, должно иметь в чипе минимум два кристалла, как сказано в преамбуле. Такие вещи и приобретайте. Исходя хотя бы из тех соображений, что практически весь пользовательский софт стремительно толстеет, потребляет всё больше системных ресурсов, поэтому запас мощности ничуть не помешает.
Предыдущие публикации:
В чем преимущество двухъядерных процессоров?
При покупке ноутбука вы наверняка заметили, что на некоторых из них есть ярлыки: "Intel Core 2 Duo " или "AMD Turion 64 x2". Эти ярлыки указывают на то, что ноутбуки созданы на основе двухъядерной технологии обработки данных.
Двухъядерные процессоры
Двухъядерные процессоры относятся к типу систем, состоящих из двух независимых процессорных ядер, объединенных в одной интегральной схеме (ИС) или, как говорят профессионалы, в единый кристалл. Такие системы совмещают два ядра в одном процессоре. Аналогичная технология впервые была применена к персональному компьютеру и к домашней игровой консоли, но очень скоро ее приспособили к мобильной компьютерной среде. Ноутбуки с подобной технологией есть у компаний AMD и Intel.
Двухъядерные процессоры имеют другую структуру, в отличие от сдвоенных одноядерных. Они относятся к системе, где два процессора объединены в одной интегральной схеме. А сдвоенные одноядерные процессоры, в свою очередь, относятся к системе, где два независимых процессора (у каждого имеется собственная матрица) напрямую подключены к материнской плате.
Каждый из процессоров в двухъядерной системе имеет встроенную кэш-память (первичная кэш-память), что дает им собственный потенциал для быстрого и эффективного восстановления и обработки часто используемых команд. Кроме этого, на той же интегральной схеме находится кэш-память второго уровня. Вторичная кэш-память на чипсете Intel"s Mobile Core 2 Duo делится между собой двумя процессорами. В чипсете Turion AMD 64x2 каждый из двух процессоров имеет выделенную кэш-память - по 512 КБ на каждое ядро. Кэш-память второго уровня - это резерв на случай, если первичной окажется недостаточно.
Преимущества двухъядерной технологии
Самые важные преимущества подобных процессоров - скорость и эффективность. Обработка команд и поиск данных осуществляются двумя процессорами; таким образом, достигается большая производительность без нагревания процессоров. То, что эти два процессора имеют свою собственную легко доступную первичную кэш-память, также гарантирует быструю работоспособность. Кроме того, особенно в случае с Intel Core 2 Duo, где вторичный кэш разделен, вся вторичная кэш-память может быть использована или одним, или обоими процессорами одновременно, если в этом возникнет необходимость.
В двух словах, ноутбук, имеющий двухъядерный процессор, быстрее работает и меньше нагревается и при этом имеет улучшенный многозадачный режим. Двухъядерные процессоры потребляют меньше электроэнергии, чем сдвоенные одноядерные.
Еще одно преимущество использования двухъядерных процессоров в ноутбуках – меньший вес и размер, что делает портативный компьютер более удобным, одновременно обеспечивая производительность, как у ПК.
Важно отметить, что при использовании старых программ, если будете запускать лишь одну программу одновременно, вы не почувствуете никаких преимуществ от двухъядерных процессоров. Старые программы не были разработаны для подобной технологии, таким образом, они в состоянии использовать лишь одно ядро. Однако в этом случае все равно остается преимущество многозадачного режима. Если вы одновременно открываете несколько программ, то процессор с двумя ядрами обеспечит более быструю производительность, чем одноядерный.
Время идет, и все больше разработчиков программного обеспечения создают свои программы с учетом двухъядерных процессоров; таким образом, пользователи в ближайшем будущем смогут ощутить все преимущества подобных процессоров.
Двухъядерный компьютер – это компьютер, центральный процессор которого имеет два ядра. Такая технология позволяет повысить производительность его работы в достаточно большой степени.
Что собой представляет двухъядерный процессор
Двухъядерный процессор - это процессор, на одном кристалле которого находится два ядра. Каждое из ядер имеет, как правило, архитектуру Net Burst. Некоторые из двухъядерных процессоров поддерживают также технологию Hyper-Threading. Данная технология позволяет осуществлять обработку процессов в четырех независимых потоках. Это означает, что один такой двухъядерный процессор с данной технологией (физический) заменяет или эквивалентен четырем логическим процессорам, с точки зрения операционной системы.
Итак, каждое ядро двухъядерного процессора имеет свой собственный кэш второго уровня определенного объема памяти, а также общий кэш с в два раза большей памятью. Как правило, кристаллы, на которых изготавливаются двухъядерные процессоры, имеют размер порядка двухсот квадратных миллиметров с количеством транзисторов, превышающим двести миллионов единиц. Стоит заметить, что при таком огромном количестве элементов данный процессор, казалось бы, должен выделять большое количество тепла и, следовательно, соответствующим образом охлаждаться. Однако это не так.
Наибольшая температура поверхности кристалла составляет около 70оС. Это обусловлено тем, что напряжение, питающее процессор, не превосходит полутора Вольт, а наибольшее значение силы тока составляет сто двадцать пять Ампер. Таким образом, увеличение количества ядер не приводит к существенному увеличению энергопотребления, что очень важно.
Преимущества компьютеров с двухъядерными процессорами
Необходимость в увеличении количества ядер процессора возникла, когда стало понятно, что дальнейшее увеличение его тактовой частоты не приводит к значительным улучшениям в производительности. Компьютеры с двухъядерными процессорами направлены на использование приложений, использующих многопоточную обработку информации. Поэтому польза от такого компьютера возможна не для всех программ. К числу программ, использующих возможности двух ядер, можно отнести такие, как, например, программы рендеринга трёхмерных сцен, программы обработки видеоизображений или аудиоданных. Также двухъядерный процессор принесет пользу при одновременной работе сразу нескольких программ на ПК. В связи с этим, такие процессоры обычно используют в компьютерах, предназначенных для работы с графикой, а также для работы с офисными программами. Таким образом, для игровых нужд данная технология второго ядра почти бесполезна.