Un procesor multi-core este un circuit integrat cu două sau mai multe procesoare conectate la el pentru o procesare simultană mai rapidă a mai multor sarcini, un consum redus de energie și o performanță mai mare. În general, este alcătuit din două sau mai multe procesoare care citesc și execută instrucțiunile programului.
Cu alte cuvinte, pe un singur cip, un procesor multi-core cuprinde numeroase unități de procesare, sau „nuclee”, fiecare dintre ele având potențialul de a face sarcini distincte. De exemplu, dacă efectuați mai multe sarcini simultan, cum ar fi vizionarea unui film și utilizarea WhatsApp, un nucleu se va ocupa de activități precum vizionarea unui film, în timp ce celălalt se ocupă de alte responsabilități precum WhatsApp.
O configurație dual-core este comparabilă cu a avea mai multe procesoare diferite instalate pe același computer, dar conexiunea dintre ele este mai rapidă deoarece cele două procesoare sunt conectate la aceeași soclu. Mai multe instrucțiuni în paralel pot fi executate de nuclee individuale, mărind viteza software-ului creat pentru a utiliza caracteristicile unice ale arhitecturii.
În comparație cu un procesor single-core, un procesor dual-core este de obicei de două ori mai puternic în circumstanțe ideale. În realitate, sunt așteptate creșteri de performanță de aproximativ 50%: un procesor dual-core este de aproximativ 1,5 ori mai puternic decât un procesor single-core.
Pe măsură ce procesoarele cu un singur nucleu își ating limitele fizice de complexitate și viteză, calculul multi-core devine din ce în ce mai popular. În vremurile moderne, majoritatea sistemelor sunt multi-core. Sistemele cu mai multe nuclee sau cu mai multe nuclee se referă la sisteme cu un număr mare de nuclee CPU, cum ar fi zeci sau sute.
La începutul anilor 2000, Intel și AMD au lansat primele procesoare multicore. În vremurile moderne, procesoarele vin cu două („dual-core”), patru („quad-core”), șase („hexa-core”) și opt („octa-core”) („octo-core”) ). Procesoarele bazate pe FPGA conțin până la 100 de nuclee fizice și 1000 de nuclee independente efective (Field Programmable Gate Arrays).
Arhitectura procesorului multicore
Designul unui procesor cu mai multe nuclee permite comunicarea între toate nucleele disponibile, iar acestea împart și atribuie toate sarcinile de procesare în mod corespunzător. Datele procesate de la fiecare nucleu sunt transmise înapoi la placa principală a computerului (placa de bază) printr-un singur gateway comun odată ce toate operațiunile de procesare au fost terminate. Această metodă bate un procesor cu un singur nucleu în ceea ce privește performanța totală.
Avantajele procesorului multi-core
Procesoarele multicore au o serie de avantaje (pro), inclusiv:
Performanţă
Un procesor cu mai multe nuclee, prin natura sa, poate lucra mai mult in comparatie cu un procesor cu un singur nucleu. Distanța dintre nucleele unui circuit integrat permite rate de ceas mai rapide. Drept urmare, semnalele nu trebuie să parcurgă o distanță mare pentru a-și atinge ținta și sunt, de asemenea, persistente. În comparație cu utilizarea unui procesor separat, vitezele sunt mult mai rapide.
Fiabilitate
În procesoarele cu mai multe nuclee, software-ul este întotdeauna atribuit unor nuclee diferite. Când o bucată de software eșuează, celelalte rămân neafectate. Ori de câte ori apare un defect, acesta afectează doar un nucleu. Ca rezultat, procesoarele multi-core sunt mai capabile să reziste la defecțiuni.
Interacțiuni software
Chiar dacă software-ul rulează pe mai multe nuclee, acesta va comunica unul cu celălalt. Izolarea spațială și temporală este un proces prin care trece un procesor multi-core. Firele principale nu sunt niciodată întârziate ca urmare a acestor procese.
Multifunctional
Un sistem de operare poate folosi un procesor multi-core pentru a rula două sau mai multe procese în același timp, chiar dacă mai multe programe pot fi executate în același timp. O aplicație photoshop, de exemplu, poate fi folosită pentru a efectua două lucrări simultan.
Consumul de energie
Multitasking cu un procesor multi-core, pe de altă parte, necesită mai puțină putere. Va fi folosită doar partea procesorului care generează căldură. Consumul de energie este în cele din urmă minimizat, rezultând o utilizare mai mică a bateriei. Unele sisteme de operare, pe de altă parte, au nevoie de mai multe resurse în comparație cu altele.
Evitarea uzurii
Arhitecții pot evita învechirea tehnologiei și pot crește mentenabilitatea utilizând procesoare multicore. Producătorii de cipuri folosesc cele mai recente progrese tehnologice în procesoarele lor multicore. Cipurile cu un singur nucleu devin din ce în ce mai dificil de găsit pe măsură ce numărul de nuclee crește.
Izolare
Procesoarele multicore pot crește (dar nu garantează) izolarea geografică și temporală în comparație cu sistemele cu un singur nucleu. Este mai puțin probabil ca software-ul de pe un nucleu să afecteze software-ul pe celălalt dacă ambele nuclee se execută pe același nucleu. Această decuplare se întâmplă din cauza izolării geografice și temporale (firele de pe un nucleu nu sunt întârziate de firele de pe un alt nucleu). Cu ajutorul limitării impactului erorilor la un singur nucleu, procesarea multicore poate crește robustețea. Când executați separat programe cu criticitate mixtă, această izolație îmbunătățită este foarte importantă (critică pentru siguranță, critică pentru misiune și critică pentru securitate).
Câteva alte puncte cheie ale beneficiilor procesorului multicore:
- În comparație cu procesoarele single-core, un procesor multicore are potențialul de a face mai multe sarcini.
- Consum redus de energie atunci când faceți mai multe activități simultan.
- Datele necesită mai puțin timp pentru a ajunge la destinație, deoarece ambele nuclee sunt integrate pe un singur cip.
- Cu ajutorul unui circuit mic, viteza poate fi mărită.
- Detectarea infecțiilor cu software antivirus în timpul jocului este un exemplu de multitasking.
- Cu utilizarea frecvenței joase, poate îndeplini numeroase sarcini în același timp.
- În comparație cu un procesor cu un singur nucleu, este capabil să proceseze cantități mari de date.
Dezavantajele procesoarelor multi-core
Vom trece prin câteva dintre limitările (dezavantajele) unui procesor multi-core, inclusiv:
Viteza de aplicare
În ciuda faptului că un procesor multi-core este proiectat pentru multitasking, performanța sa este insuficientă. Are tendința de a sări de la un nucleu la altul de fiecare dată când se procesează o aplicație. Drept urmare, memoria cache se umple, crescându-și viteza.
Jitter
Mai multe interferențe se dezvoltă pe măsură ce numărul de nuclee într-un procesor cu mai multe nuclee crește, ducând la fluctuații excesive. Drept urmare, performanța programului sistemului dvs. de operare poate avea de suferit și pot apărea eșecuri frecvente. Numai prin utilizarea unei sincronizări adecvate și a unui microkernel, utilizatorul va putea face față jitterului.
Analiză
Când faceți două sau mai multe lucruri simultan, va trebui să utilizați modele de memorie suplimentare. Într-o mașină cu mai multe nuclee, aceasta face analiza dificilă. Limitările de timp, în special, sunt dificil de determinat și pot fi inexacte.
Mai mult, analiza interferențelor devine mai complexă pe măsură ce numărul de nuclee crește. În consecință, O/S nu va putea oferi rezultatele promise.
Distribuirea resurselor
Un procesor multi-core împarte o varietate de resurse, atât interne, cât și externe. Printre aceste resurse se numără rețelele, magistralele de sistem și memoria principală. În consecință, orice program care rulează pe același nucleu va avea șanse mai mari de a fi întrerupt. Atât izolarea geografică, cât și temporală poate apărea în această formă de interferență.
Interferență software
Datorită partajării resurselor, interferența software-ului poate cauza probleme cu izolarea spațială și temporală. Dacă există nuclee suplimentare, această șansă crește și mai mult. Prezența mai multor nuclee implică un număr mai mare de rute de interferență. Este aproape imposibil să examinăm toate căile de interferență posibile.
Câteva alte puncte cheie ale limitărilor procesorului multicore:
- Deși conține mai multe procesoare, nu este de două ori mai rapid decât un procesor simplu.
- Sarcina de gestionare este mai complicată în comparație cu gestionarea unui CPU cu un singur nucleu.
- Performanța unui procesor multi-core depinde în întregime de sarcinile pe care le execută utilizatorii.
- Dacă alte procesoare necesită procesare liniară/secvențială, procesoarele multi-core durează mai mult.
- Bateria se descarcă mai repede.
- Consumul său de putere este atât de mare în comparație cu un procesor mai simplu.
- În plus, în comparație cu un procesor cu un singur nucleu, este mai scump.
De ce este folosit procesorul multicore?
Configurația este similară cu un procesor dual-core. Procesoarele multi-core sunt clasificate în funcție de numărul de nuclee și tipurile de nuclee. Obiectivul unui procesor multi-core este de a obține performanțe excelente. A fost conceput pentru a depăși limitările fizice ale unui procesor cu un singur nucleu.
Sistemele de operare suportabile ale procesorului multicore includ:
c programe
- Linux
- Microsoft Windows (Windows XP sau mai nou)
- Majoritatea sistemelor bazate pe BSD
- Solaris
- Mac OS X
O scurtă istorie a procesoarelor multicore
Deoarece companiile care au creat procesoarele inițiale bazate pe cip nu puteau pune decât un procesor pe un singur cip, puteau monta doar un procesor pe un singur cip. Producătorii de cipuri au reușit să construiască cipuri cu mai multe circuite pe măsură ce tehnologia de fabricare a cipurilor a progresat și, în cele din urmă, producătorii de cipuri au reușit să facă cipuri cu mai mult de un procesor, rezultând cip cu mai multe nuclee.
În 1998, primul procesor multi-core a fost inventat de Kunle Olukotun, profesor de inginerie electrică la Stanford, și studenții săi. Cipurile multicore au fost pentru prima dată accesibile comercial în 2005 de la Advanced Micro Devices (AMD) și Intel. Aproape fiecare producător de cipuri a început de atunci să creeze procesoare multicore.
Unde sunt folosite procesoarele multicore?
În vremurile moderne, procesoarele multicore se găsesc în majoritatea dispozitivelor precum tablete, desktop-uri, laptopuri, smartphone-uri și sisteme de jocuri.
Cele două opțiuni de bază oferite demonstrează cum modelul unui procesor nu spune întreaga poveste în ceea ce privește performanța. În comparație cu un dual-core i5, performanța unui quad-core i5 este substanțial superioară, iar prețul computerului va reflecta acest lucru. Toate modelele actuale de laptopuri pentru modelul i5 sunt dual-core, în timp ce toate modelele desktop sunt quad-core la momentul scrierii acestui articol. Deoarece versiunile de laptop sunt dual-core mai degrabă decât quad-core, un i5 dintr-un laptop va avea performanțe mai slabe decât un i5 pe un desktop. Tipul dual-core este mai potrivit pentru laptopurile portabile care necesită o durată de viață mai lungă a bateriei și consumă mai puțină energie, dar un desktop folosește un procesor care utilizează mai multă putere, cum ar fi modelul quad-core, deoarece nu necesită o durată de viață a bateriei. Unele aplicații ale procesorului multicore sunt următoarele:
- Jocuri cu o grafică înaltă, cum ar fi Overwatch și Star Wars Battlefront, precum și jocuri 3D.
- Procesorul multicore este mai potrivit în Adobe Premiere, Adobe Photoshop, iMovie și alte programe de editare video.
- Solidworks cu proiectare asistată de calculator (CAD).
- Trafic mare de rețea și servere de baze de date.
- Roboții industriali, de exemplu, sunt sisteme încorporate.