Навіщо потрібний багатоядерний процесор
Почнемо здалеку - з пристрою процесора, а вже потім відповімо на запитання: "Навіщо потрібен багатоядерний процесор?". Ядро сучасного процесора представляє кристал кремнію площею один квадратний сантиметр. На ньому вже реалізовано так звану архітектуру ядра — мікроскопічні логічні елементи, які відповідають за те, як відбувається обробка інформації, що надійшла.
Решта чіпа називається упаковкою. Ядро процесора встановлено на текстолітову основу з множиною контактних доріжок.
Вперше мікропроцесор був представлений у 1971 році. Intel 4004 містив у собі 2300 транзисторів і працював на частоті 108кГц. Цього, звісно, не вистачало. Тоді почалося нарощування кількості транзисторів та збільшення тактової частоти його роботи. Але на жаль, при частоті понад 3.8ГГц процесори досягали настільки високої температури роботи, що не рятувала їх навіть рідка система охолодження.
Стало зрозуміло, чи потрібно шукати інше рішення, чи виробники досягли технологічної стелі. Адже на той час поряд із температурою виникала й інша проблема — створення процесорів досягло того моменту, коли робота почала стосуватися основ світобудови — атомів. Сьогодні процесори випускаються за 45-нм технологією, а розміри атома кремнію – приблизно 0,543 нм).
З зменшенням розмірів кристала і з підвищенням тактової частоти зріс струм витоку транзисторів. Це призвело до підвищення споживаної потужності та збільшення викиду тепла; Крім того, для деяких додатків традиційні послідовні архітектури стали неефективними зі зростанням тактової частоти через так зване «фон-нейманівське вузьке місце» – обмеження продуктивності в результаті послідовного потокуобчислень. Але рішення зупинити технологічний прогрес навіть не розглядалося, бо чіпмейкер постійно підштовхували розробники програм, яким не вистачало швидкості роботи актуального на той час заліза.
Так було вирішено домагатися подальшого підвищення продуктивності мікропроцесорів іншими засобами. Найефективнішим напрямом було визнано концепцію багатопоточності, що зародилася у світі суперкомп'ютерів, – це одночасна паралельна обробка кількох потоків команд.
Технологія надпотокового обробки даних зародилася в надрах компанії Intel. Якщо коротко, то ця технологія дозволяла процесору виконувати в одному ядрі паралельно до чотирьох програмних потоків одночасно.
Процесор Pentium 4 з включеним Hyper-threading має одне фізичне ядро, яке поділено на два логічні, тому операційна система визначала його, як два різні процесори (замість одного).
Це було лише початком. Процесор Pentium 4 став тим самим поштовхом у світі багатоядерних машин. Переваги багатоядерних процесорів виявилися очевидними. Вони добре розвинена можливість розподілу роботи програм, наприклад, основних завдань додатків і фонових завдань операційної системи, по кількох ядрах, що зумовлює приросту продуктивності.
Багатоядерні процесори дозволили знизити частоту роботи для більш низької тепловіддачі та раціонального споживання електричної енергії.
Але при цьому, покупці відчули на собі, з приходом епохи багатоядерних процесорів, головний їх недолік — вищу вартість.
Багатоядерність зробила чіпи швидкими настільки, що розробники софту залишилися далеко позаду. Тепер же ринок процесорів спіткала якась стагнація — той момент, коли залізо вже є, асофту, здатного «висадити в повітря» це залізно, ще не настав — настільки сильним був технологічний ривок чіпмейкерів.
Більше того, зараз програмісти йдуть шляхом глибокої оптимізації своїх програм, знижуючи потреби в ресурсах у своїх продуктів.
Безсумнівно, у майбутньому виробники мікропросесорів підуть на черговий еволюційний стрибок, але це буде не скоро, поки ж кожна нова модель є топтанням на одному місці, в якому всі покращення носять не настільки суттєвий характер, як це було раніше, на стадії становлення ринку. комп'ютерів.
Але в тій же корпорації Intel вже дивляться в майбутнє і говорять про «Мультіядерність» (Multi-Core) процесорів, як це робиться щодо 2-, 4-, 8-, 16- або навіть 32-ядерних рішень, маючи на увазі зовсім нову архітектурну макроструктури чіпа. У майбутньому процесори володітимуть спеціалізованими ядрами до виконання різних класів завдань – як-от графіка, алгоритми розпізнавання мови, обробка комунікаційних протоколів. Але це буде не скоро, якщо вірити програмі розвитку мікропроцесорів Intel, описаній на одній із токійських конференцій, новий еволюційний ривок очікує на світ процесорів не раніше 2015 року, а поки тупцюємо на місці, пожинаючи плоди вже досягнутого.