No Image

Что означают ядра в процессоре

СОДЕРЖАНИЕ
3 просмотров
10 марта 2020

Многоя́дерный проце́ссор — центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.

Содержание

Терминология [ править | править код ]

В английском языке существует два часто употребляемых термина для процессоров, имеющих несколько ядер: multi-core и many-core.

Термин мультиядерный (англ. multi-core [1] ) обычно применяется к центральным процессорам, содержащим два и более ядра общего назначения, однако иногда используется и для цифровых сигнальных процессоров (DSP) и однокристальных систем (SoC, СнК). Под многоядерностью процессора понимают, что несколько ядер являются интегрированными на одну интегральную схему (изготовлены на одном кремниевом кристалле). Если же в один корпус были объединены несколько полупроводниковых кристаллов, то конструкцию называют многочиповый модуль (англ. multi-chip module , MCM).

Термином многопроцессорный обозначают компьютеры, имеющие несколько физически раздельных процессоров (например, серверные материнские платы часто имеют 2 или 4 сокета для подключения нескольких чипов), но управляемые одним экземпляром операционной системы (ОС).

Понятие многоядерный [1] (англ. many-core [2] или англ. massively multi-core ) может использоваться для описания многоядерных систем, имеющих высокое количество ядер, от десятков до сотен или более. Например, именно название «многоядерный» («many-core») использовалось Intel для вычислителей Intel MIC [3] .

Мультипроцессор на кристалле (single-chip multiprocessor, on-chip multiprocessor, chip multiprocessing, CMP) — так ранние исследователи называли свои проекты размещения нескольких процессоров на одной подложке [4] [5] [6] .

Архитектура многоядерных систем [ править | править код ]

Архитектура многоядерных процессоров во многом повторяет архитектуру симметричных мультипроцессоров (SMP-машин) только в меньших масштабах и со своими особенностями.

Первые многоядерные процессоры (first generation CMP) представляли собой самые простые схемы: два процессорных ядра, размещенные на одном кристалле без разделения каких-либо ресурсов, кроме шины памяти (например, Sun UltraSPARC IV и Intel Pentium D). «Настоящим многоядерным» (second generation CMP) процессор считается, когда его вычислительные ядра совместно используют кэш третьего или второго уровня: например, Sun UltraSPARC IV+, Intel Core Duo и все современные многоядерные процессоры.

В многоядерных процессорах тактовая частота, как правило, намеренно снижена. Это позволяет уменьшить энергопотребление процессора без потери производительности: энергопотребление растёт как куб от роста частоты процессора. Удвоив количество ядер процессора и снизив вдвое их тактовую частоту, можно получить практически ту же производительность, при этом энергопотребление такого процессора снизится в 4 раза.

В некоторых процессорах тактовая частота каждого ядра может меняться в зависимости от его индивидуальной нагрузки. Ядро является полноценным микропроцессором, использующим все достижения микропроцессорной техники: конвейеры, внеочередное исполнение кода, многоуровневый кэш, поддержка векторных команд.

Суперскалярность в ядре присутствует не всегда, если, например, производитель процессора стремится максимально упростить ядро.

Каждое ядро может использовать технологию временной многопоточности или, если оно суперскалярное, технологию SMT для одновременного исполнения нескольких потоков, создавая иллюзию нескольких «логических процессоров» на основе каждого ядра. На процессорах компании Intel эта технология носит название Hyper-threading и удваивает число логических процессоров по сравнению с физическими. На процессорах Sun UltraSPARC T2 (2007 г.) такое увеличение может достигать 8 потоков на ядро.

Многоядерные процессоры можно подразделить по наличию поддержки когерентности (общей) кэш-памяти между ядрами. Бывают процессоры с такой поддержкой и без неё. Способ связи между ядрами:

  • разделяемая шина;
  • сеть (Mesh) на каналах точка-точка;
  • сеть с коммутатором;
  • общая кэш-память.

Кэш-память: Во всех существующих на сегодня многоядерных процессорах кэш-памятью 1-го уровня обладает каждое ядро в отдельности, а кэш-память 2-го уровня существует в нескольких вариантах:

  • разделяемая — расположена на одном кристалле с ядрами и доступна каждому из них в полном объёме. Используется в процессорах семейств Intel Core;
  • индивидуальная — отдельные кэши равного объёма, интегрированные в каждое из ядер. Обмен данными из кэшей 2-го уровня между ядрами осуществляется через контроллер памяти — интегрированный (Athlon 64 X2, Turion X2, Phenom) или внешний (использовался в Pentium D, в дальнейшем Intel отказалась от такого подхода).

Многоядерные процессоры также имеют гомогенную или гетерогенную архитектуру:

  • гомогенная архитектура — все ядра процессора одинаковы и выполняют одни и те же задачи. Типичные примеры: Intel Core Duo, Sun SPARC T3, AMD Opteron;
  • гетерогенная архитектура — ядра процессора выполняют разные задачи. Типичный пример: процессор Cell альянса IBM, Sony и Toshiba, у которого из девяти ядер одно является ядром процессора общего назначения PowerPC, а восемь остальных — специализированными процессорами, оптимизированными для векторных операций, которые используются в игровой приставке Sony PlayStation 3.

Производительность [ править | править код ]

В приложениях, оптимизированных под многопоточность, наблюдается прирост производительности на многоядерном процессоре. Однако если приложение не оптимизировано, то оно не будет получать практически никакой выгоды от дополнительных ядер, а может даже выполняться медленнее, чем на процессоре с меньшим количеством ядер, но большей тактовой частотой. Это в основном приложения, разработанные до появления многоядерных процессоров, либо приложения, в принципе не использующие многопоточность.

Большинство операционных систем позволяют выполнять несколько приложений одновременно. При этом достигается выигрыш в производительности, даже если приложения однопоточные.

Наращивание количества ядер [ править | править код ]

На сегодня многими производителями процессоров, в частности Intel, AMD, IBM, ARM, дальнейшее увеличение числа ядер процессоров признано как одно из приоритетных направлений увеличения производительности.

История массовых многоядерных процессоров [ править | править код ]

POWER [ править | править код ]

Первым процессором, предназначенным для массового использования, а не для встроенных систем, стал POWER4 с двумя ядрами PowerPC на одном кристалле, выпущенный компанией IBM в 2001 году.

Читайте также:  Чехол с клавиатурой для ipad mini

2-ядерный IBM PowerPC-970MP (G5) был представлен в 2005 году. Этим процессором оснащались последние Power Mac G5.

SPARC [ править | править код ]

В марте 2004 года компания Sun Microsystems представила первый 2-ядерный процессор архитектуры SPARC: UltraSPARC IV — CMP первого поколения. Процессором второго поколения CMP стал UltraSPARC IV+ (середина 2005 года), где два ядра процессора совместно использовали off-chip кэш 3-го уровня и on-chip кэш 2-го уровня.

Компания Fujitsu в своей линейке SPARC64 представила 2-ядерный процессор SPARC64 VI только в 2007 году.

x86 [ править | править код ]

В апреле 2005 года AMD выпустила 2-ядерный процессор Opteron архитектуры AMD64, предназначенный для серверов.

В мае 2005 года Intel выпустила процессор Pentium D архитектуры x86-64, ставший первым 2-ядерным процессором, предназначенным для персональных компьютеров. Это был «быстрый» ответ компании Intel на вызов компании AMD. По сути Pentium D, созданный на основе ведущей у Intel архитектуры NetBurst, состоял из двух раздельных процессоров, помещённых на одну подложку, без каких-либо общих элементов. Так как компания Intel отказалась от архитектуры NetBurst в конце 2005 года, развитие Pentium D не получил. Настоящий многоядерный процессор Core Duo на более экономичной архитектуре Core был выпущен компанией Intel в январе 2006 года.

В марте 2010 года появились первые 12-ядерные серийные процессоры, которыми стали серверные процессоры Opteron 6100 компании AMD (архитектура x86/x86-64). [7]

В 2011 году компанией AMD освоено производство 8-ядерных процессоров для домашних компьютеров [8] и 16-ядерных для серверных систем [9] .

В августе 2011 года компанией AMD были выпущены первые 16-ядерные серийные серверные процессоры Opteron серии 6200 (кодовое наименование Interlagos). Процессор Interlagos объединяет в одном корпусе два 8-ядерных (4-модульных) чипа и является полностью совместимым с существующей платформой AMD Opteron серии 6100 (Socket G34). [10]

По состоянию на 2016 год Intel выпускает процессоры для серверов Xeon E7 — с количеством ядер от 4 до 24. [11] [12] (E5 — до 22 ядер).

Сводные данные по истории микропроцессоров и их параметров представлены в обновляющейся английской статье: Хронология микропроцессоров, 2010-е годы. Для получения числа ядер процессора надо умножить поля «Cores per die» и «Dies per module», для получения числа аппаратных потоков — умножить число ядер на число «threads per core». Например, для Xeon E7, Intel: «4, 6, 8, 10» ядер на 1 die на 1-2 аппаратных потоков = максимум 10 ядер и 20 аппаратных потоков, AMD FX «Bulldozer» Interlagos «4-8» на 2 на 1 = максимум 16 ядер и 16 потоков.

История экспериментальных многоядерных процессоров [ править | править код ]

27 сентября 2006 года на форуме разработчиков « >[13] .

20 августа 2007 года компания Tilera, анонсировала чип TILE64 (англ.) русск. с 64 процессорными ядрами и встроенной высокопроизводительной сетью, посредством которой обмен данными между различными ядрами может происходить со скоростью до 32 Тбит/с. [14] [15]

26 октября 2009 года Tilera анонсировала [16] 100-ядерный процессор широкого назначения серии TILE-Gx (англ.). Каждое процессорное ядро представляет собой отдельный процессор с кэш-памятью 1 и 2 уровней. Ядра, память и системная шина связаны посредством топологии mesh network. Процессоры производятся по 40-нм техпроцессу и работают на тактовой частоте 1,5 ГГц. Выпуск 100-ядерных процессоров назначен на начало 2011 года.

2 декабря 2009 года Intel представила одночиповый «облачный» Single-chip Cloud Computer (SCC) компьютер, представляющий собой 48-ядерный чип. «Облачность» процессора состоит в том, что все 48 ядер сообщаются между собой как сетевые узлы. SCC — часть проекта, целью которого является создание 100-ядерного процессора [17] .

В июне 2011 года Intel раскрыла детали разрабатываемой архитектуры Many Integrated Core (MIC) — эта технология выросла из проекта Larrabee. Микропроцессоры на основе этой архитектуры получат более 50 микроядер архитектуры x86 и начнут производиться в 2012 году по 22-нм техпроцессу. Эти микропроцессоры не могут быть использованы в качестве центрального процессора, но из нескольких чипов этой архитектуры будут строиться вычислительные ускорители в виде отдельной карты расширения и конкурировать на рынках GPGPU и высокопроизводительных вычислений с решениями типа Nv >[18] По опубликованному в 2012 году описанию архитектуры, возможны чипы с количеством ядер до 60.

В октябре 2011 года компания Adapteva (англ.) русск. представила 64-ядерные микропроцессоры Epiphany IV (англ.) русск. , которые показывают производительность до 70 гигафлопс (SP), при этом потребляя менее 1 Вт электроэнергии. Микропроцессоры спроектированы с использованием RISC-архитектуры и, ознакомительные образцы планировалось произвести в 2012 году по 28-нм техпроцессу GlobalFoundries. Данные процессоры не могут быть использованы в качестве центрального процессора, но компания Adapteva (англ.) русск. предлагает использовать их в качестве сопроцессора для таких сложных задач, как распознавание лиц или жестов пользователя. Компания Adapteva утверждает, что в дальнейшем число ядер данного микропроцессора может быть доведено до 4096 Планируется, что 4096-ядерный процессор в основной версии (700 МГц), по оценкам, позволит получить 5,6 TFLOPS, потребляя всего 80 Ватт.

В январе 2012 года компания ZiiLabs (англ.) русск. (дочернее предприятие Creative Technology) анонсировала 100-ядерную систему на чипе ZMS-40. Эта система, объединяющая 4-ядерный процессор ARM Cortex-A9 1,5 ГГц (с мультимедийными блоками Neon) и массив из 96 более простых и менее универсальных вычислительных ядер StemCell. Ядра StemCell — это энергоэффективная архитектура SIMD, пиковая производительность при вычислениях с плавающей запятой (32 бит) — 50 гигафлопс, ядра которой работают скорее как GPU в других системах на чипе, и могут быть использованы для обработки видео, изображений и аудио, для ускорения 3D- и 2D-графики и других мультимедийных задач (поддерживается OpenGL ES 2.0 и OpenCL 1.1) [21] .

Читайте также:  Hdd какой фирмы надежнее

В августе 2019 года компания Cerebras представила самый большой в мире многоядерный суперпроцессор Cerebras Wafer Scale Engine. Он имеет более 1,2 триллиона транзисторов и 400 000 ядер и занимает почти всю площадь полупроводниковой пластины диаметром 300 мм. [22]

Многоядерные контроллеры [ править | править код ]

Существует также тенденция внедрения многоядерных микроконтроллеров в мобильные устройства.

  • seaForth-24 [23] — новая разработка многоядерной MISC-архитектуры Чака Мура: 1 ГГц 24-ядерный асинхронный контроллер.
  • Контроллер от Parallax (англ.) русск.[24] имеет восемь 32-разрядных процессоров (COG) в одном кристалле P8X32A.
  • KilocorePowerPC-процессор с 1024 8-битными ядрами, работающими на частоте 125 МГц. На данный момент существует 256-ядерный процессор.

Доброго времени суток.

Если вас заботит производительность вашего компьютера, то необходимо знать о том, что такое ядро процессора и многоядерность. Подробное разъяснение вы получите в этой статье.

Разбор понятия

Скажу сразу, ядром называется главная вычислительная часть. Это главная часть центрального процессора, которая содержит в себе основные функциональные блоки, а именно:

  • Блок работы с прерываниями, позволяющий быстро переходить от одной задачи к другой;
  • Выборки инструкций — к нему приходят сигнал команд, и он переправляет их на обработку;
  • Декодирования — занимается упомянутым сигналом и решает, что компьютеру делать с поступившей командой и понадобятся ли для этого дополнительные инструменты;
  • Управления — поставляет декодированные инструкции другим блокам и определяет уровень нагрузки на них;
  • Выполнения и сохранения результатов — без объяснений ясно, за что они ответственны.

Другие обозначения

Говоря о физическом исполнении ядер, под ними понимаются также кристаллы CPU, зачастую открытые.

Если рассматривать ядро как набор характеристик, можно определить его как часть процесса, отвечающую за выполнение одного потока команд. Что я имею в виду? Каждый программный процесс, который совершается в компьютере, содержит в себе несколько потоков.

Можно провести аналогию с работой на стройке: несколько рабочих выполняют разные задачи (один месит раствор, другой — кладет кирпич и т. д.), но все они строят один дом и сверяются с одним и тем же чертежом. Анологичным занимается и ядро.

Многоядерность процессора

Рассмотрим сначала ЦП с одним ядром.

Как вы уже знаете, процесс разбивается на несколько потоков. Но что происходит, когда вы хотите одновременно выполнять несколько процессов, например, печатать в Microsoft Word и слушать музыку?

Компьютер умный и делает вид, что выполняет действия одновременно. На самом деле происходят быстрые переключения между одним и другим процессом. Они мгновенны, поэтому вы не сможете их заметить. Тем не менее, на это тратится время, что снижает скорость выполнения задач. Если вы захотите выполнять не 2, а 4 действия сразу? Компьютер выполнит все, что вы требуете, но медленно.

Решение

В виду того, что многие игры и программы предъявляют все более высокие требования к процессорам, их производители добавляют ядра. Таким образом, за один поток команд отвечает первое ядро, за другой — второе и т. д.; если одно выполнило свою задачу, может помочь другому. Прирост в производительности очевиден.

Первый ЦП с двумя ядрами для настольных компов выпущен в 2005 году. Это Pentium D компании Intel. В том же году ее догнал конкурент — AMD — произведя на свет двухъядерник Opteron. На данный момент существуют процы и с 4, и с 8 ядрами.

Технология

К слову, еще на производительность многоядерных процессоров влияет наличие технологии Hyper-Treading. Ее суть заключается в том, что одно физическое ядро определяется системой как два логических. Это значит, что одно ядро может обрабатывать 2 потока одновременно.

Графическое ядро

В некоторые процессоры встраивается графическое ядро, которое не следует путать с вышеописанными. Как понятно из названия, данное ядро отвечает за обработку графики. Оно выступает альтернативой дискретной видеокарте. Такое решение позволяет экономить пространство в корпусе компьютера.

Характеристики ядра

Я назову основные характеристики ядер ЦП, чтобы вы лучше понимали, что они собой представляют:

  • Архитектура — конструкция, набор свойств, присущих семейству процессоров, и соответственно ядер.

  • Набор команд — включает в себя определенный тип данных, регистров, инструкций, адресаций и т. п.
  • Объем встроенного кэша — памяти с большой скоростью доступа, которая нужна для обращений к памяти с малой (оперативной).
    Кэш ядер делится на 3 уровня (L1, L2 и L3). В характеристиках многоядерных девайсов обычно указывается L1 для одного ядра. L2 медленнее, но имеет больший объем. Если вы подбираете проц для выполнения ресурсоемких задач, ориентируйтесь на кэш второго уровня. L3 присутствует в самых производительных устройствах.
  • Число функциональных блоков.
  • Тактовая частота — количество операций, которое проц может выполнять за секунду. Исчисляется в гигагерцах.
  • Напряжение питания.
  • Тепловыделение.
  • Технологический процесс — размер, использующийся при изготовлении ЦП. Измеряется в нанометрах.
  • Площадь кристалла.
Читайте также:  Как восстановить антимагнитную пломбу на электросчетчике

Как узнать, сколько ядер в вашем CPU?

Конечно, самый простой способ узнать число ядер своего процессора — посмотреть в его характеристиках. Но не все знают или помнят точное название устройства. Поэтому предлагаю другой вариант:

  • Пройдитесь по меню «Пуск — Все программы — Стандартные — Служебные»;
  • Или в поисковой строке на панеле задач пропишите «msinfo32».
  • Откройте «Сведения о системе»;

В поле справа отыщите строчку «Процессор», в которой будут содержаться основные данные о нем.

На этом буду заканчивать.

Подписывайтесь на обновления и не забывайте делиться полезной информацией из этого блога с друзьями.

Доброго времени суток, уважаемый посетитель. Сегодня поговорим о том, что такое ядра процессора и какую функцию они выполняют. Сразу хотим сказать, что не собираемся лезть в дебри, которые не каждый техногик осилит. Все будет доступно, понятно и непринужденно, а потому тащите бутеры.

p, blockquote 1,0,0,0,0 –>

Начать хочется с того, что процессор – центральный модуль в компьютере, который отвечает за все математические вычисления, логические операции и обработку данных. Фактически вся его мощь сосредоточена, как ни странно, в ядре. Их количество определяет скорость, интенсивность и качество переработки полученной информации. А потому рассмотрим компонент более пристально.

p, blockquote 2,0,0,0,0 –>

Основные характеристики ядер ЦП

Ядро – физический элемент процессора (не путать с логическими ядрами – потоками), который влияет на производительность системы в целом.

Каждое изделие построено на определенной архитектуре, что говорит об определенном наборе свойств и возможностей, присущих линейке выпускаемых чипов.

p, blockquote 4,0,1,0,0 –>

Основная отличительная особенность – техпроцесс, т.е. размер транзисторов, используемых в производстве чипа. Показатель измеряется в нанометрах. Именно транзисторы являются базой для ЦП: чем больше их размещено на кремниевой подложке – тем мощнее конкретный экземпляр чипа.

p, blockquote 5,0,0,0,0 –>

Возьмем к примеру 2 модели устройств от Intel – Core i7 2600k и Core i7 7700k. Оба имеют 4 ядра в процессоре, однако техпроцесс существенно отличается: 32 нм против 14 нм соответственно при одинаковой площади кристалла. На что это влияет? У последнего можно наблюдать такие показатели:

p, blockquote 6,0,0,0,0 –>

  • базовая частота – выше;
  • тепловыделение – ниже;
  • набор исполняемых инструкций – шире;
  • максимальная пропускная способность памяти – больше;
  • поддержка большего числа функций.

Иными словами, снижение техпроцесса = рост производительности. Это аксиома.

p, blockquote 7,0,0,0,0 –>

Функции ядер

Центральное ядро процессора выполняет 2 основных типа задач:

p, blockquote 8,0,0,0,0 –>

  • внутрисистемные;
  • пользовательские.

В первую категорию стоит отнести задачи по организации вычислений, загрузке интернет-страниц и обработке прерываний.

p, blockquote 9,1,0,0,0 –>

Во вторую же попадают функции поддержки приложений путем использования программной среды. Собственно, прикладное программирование как раз и построено на том, чтобы нагрузить ЦП задачами, которые он будет выполнять. Цель разработчика – настроить приоритеты выполнения той или иной процедуры.

p, blockquote 10,0,0,0,0 –>

Современные ОС позволяют грамотно задействовать все ядра процессора, что дает максимальную продуктивность системы. Из этого стоит отметить банальный, но логичный факт: чем больше физических ядер на процессоре, тем быстрее и стабильней будет работать ваш ПК.

p, blockquote 11,0,0,0,0 –>

Как включить все ядра в работу

Некоторые пользователи в погоне за максимальной производительностью хотят задействовать всю вычислительную мощь ЦП. Для этого существует несколько способов, которые можно использовать по отдельности, или объединить несколько пунктов:

p, blockquote 12,0,0,0,0 –>

  • разблокировка скрытых и незадействованных ядер (подходит далеко не для всех процессоров – необходимо подробно изучать инструкцию в интернете и проверять свою модель);
  • активация режима Turbo Boost для повышения частоты на краткосрочный период;
  • ручной разгон процессора.

Самый простой метод запустить сразу все активные ядра, выглядит следующим образом:

p, blockquote 13,0,0,0,0 –>

  • открываете меню «Пуск» соответствующей кнопкой;
  • прописываете в строке поиска команду «msconfig.exe» (только без кавычек);
  • находите сверху вкладку «Загрузка»;
  • открываете пункт «дополнительные параметры» и задаете необходимые значения в графе «число процессоров», предварительно активировав флажок напротив строки.

Как в Windows 10 включить все ядра?

Теперь при запуске ОС Windows будут работать сразу все вычислительные физические ядра (не путать с потоками).

p, blockquote 14,0,0,1,0 –>

Обладателям старых процессоров AMD

Следующая информация будет полезна обладателям старых процессоров AMD. Если вы до сих пользуетесь следующими чипами, то будете приятно удивлены:Технология разблокировки дополнительных ядер называется ACC (Advanced Clock Calibration). Она поддерживается в следующих чипсетах:Утилита, позволяющая раскрыть дополнительные ядра у каждого производителя называется по-разному:Таким несложным способом можно превратить 2‑ядерную систему в 4‑ядерную. Большинство из вас даже не догадывались о подобном, верно? Будем надеяться, что я вам помог бесплатно добиться повышения производительности.

p, blockquote 15,0,0,0,0 –>

В данной статье я попытался вам максимально подробно объяснить, что такое ядро, из чего оно состоит, какие функции выполняет и каким потенциалом обладает.

p, blockquote 16,0,0,0,0 –>

В следующих ликбезах вас ждет еще много интересного, а потому не пропускайте новый материал. Пока, пока.

p, blockquote 17,0,0,0,0 –>

p, blockquote 18,0,0,0,0 –> p, blockquote 19,0,0,0,1 –>

Комментировать
3 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector