Többmagos processzorokról
Többmagos processzorokról.
Nem is olyan régen nem hallottam, és nem tudtam a többmagos processzorokról, és ma agresszíven elmozdítják az egymagos processzorokat. A többmagos processzorok fellendülése megkezdődött, ami még mindig kissé! - a viszonylag magas árak korlátozzák őket. De senki sem sejteti, hogy a jövő csak a többmagos processzorok számára létezik!
Mi a processzor magja?
A központban egy modern központi mikroprocesszor (CPU - rövid az angol központi feldolgozó egység - .. A számítógépes központi egység) egy magot (core) - kristályos szilícium területe körülbelül egy négyzetcentiméter, amelyen a mikroszkopikus logikai elemek rájött vázlatos feldolgozó áramkör, úgynevezett architektúra ( chip architektúra).
A nucleus kapcsolódik a többi a chip (az úgynevezett „csomagolás», CPU Package) technológia „flip-chip» (flip-chip, flip-chip kötési - fordított core flip-chip szerelési módszer). Ez a technológia azért kapta ezt a nevet, mert a külső látható - a mag része tulajdonképpen az alja -, hogy közvetlen kapcsolatba kerüljön a hűvösebb hűtővel a jobb hőátadás érdekében. Az inverz oldalról maga a "felület" - a kristály és a csomag összekapcsolása. A processzor magja és a csomagolás közötti kapcsolat a forraszanyag (Solder Bumps) segítségével történik.
A mag textolit alapon helyezkedik el, amely mentén a "lábak" (érintkezőbetétek) érintkezői hőérzékelővel vannak ellátva, és védőfedéllel fedettek.
Mi a többmagos processzor?
A többmagos processzor egy központi mikroprocesszor, amely két vagy több számítógépes magot tartalmaz egy processzor chipen vagy egy csomagban.
Hosszú ideig, a termelékenység növelése a hagyományos egymagos processzorok elsősorban történt sorrendben növelésével az órajel (körülbelül 80% -a a teljesítménye a processzor órajel-frekvencia meghatározása alapján) egyidejű növekedése a tranzisztorok száma egy chip. Ugyanakkor további növelésével az órát (a órajel 3,8 GHz chips egyszerűen túlmelegszik!) Felfekszik a sor alapvető fizikai korlátok (mert a folyamat szinte jön közel akkora, mint egy atom mai processzorok vannak az 45 nm-es technológiával, és a méret a szilícium atom - körülbelül 0,543 nm):
• Először is, amikor a kristályméret csökken és az órafrekvencia nő, a tranzisztorok szivárgó áramerőssége nő. Ez növeli az áramfogyasztást és a megnövekedett hőkibocsátást;
• Másodszor, a magasabb órajel frekvenciájának előnyei részlegesen megszűnnek a memóriába való belépés késleltetése miatt, mivel a memória elérési ideje nem felel meg a növekvő órajelfrekvenciáknak;
• Harmadszor, egyes alkalmazások esetében a hagyományos szekvenciális architektúrák kevésbé hatékonyak az órafrekvencia növelésével az úgynevezett "von Neumann szűk keresztmetszet" miatt - a számítások egymás utáni áramlásából eredő teljesítménykorlátozások. Ez megnöveli az ellenállás-kapacitív jelátviteli késleltetéseket, ami az órafrekvencia növekedésével járó további szűk keresztmetszet.
A többprocesszoros rendszerek használata szintén nem széles körben használatos, mivel összetett és drága többprocesszoros alaplapokat igényel. Ezért úgy döntöttek, hogy a mikroprocesszorok teljesítményét tovább növelik más eszközökkel. A leghatékonyabb irányt felismerték a szuperszámítógépek világából eredő többszálú szöveg koncepciója, amely párhuzamos párhuzamos feldolgozást hajt végre több parancsfájlban.
A Hyper-Threading valójában egy ugródeszkává vált, melynek segítségével két chip fizikai processzort hoz létre egyetlen chipen. 2-magos chipen két mag (két processzor!) Párhuzamosan működik, amely alacsonyabb órajelsebességgel nagyobb teljesítményt nyújt, mivel két független utasításfolyamat egyszerre fut (egyszerre!).
A processzor azon képességét, hogy egyszerre több szoftvert futtat, szálszintű párhuzamosságnak (TLP) nevezik. A TLP igénye az adott helyzettől függ (egyes esetekben csak haszontalan!).
A többmagos processzorok létrehozásának fő problémái
• A processzor minden magjának függetlennek kell lennie, - független energiafogyasztással és szabályozott teljesítmény mellett;
• A szoftverpiacot olyan programokkal kell ellátni, amelyek képesek a parancsok elágazó algoritmusait egyenletesen (páros számú maggal rendelkező processzorok esetén) vagy páratlan számra (páratlan számú maggal rendelkező processzorok esetén) a szálak számát felosztani;
• ...
A többmagos processzorok hátrányai
• A többmagos processzorok termelésének megnövekedett költsége (az egymagos processzorokhoz képest) arra ösztönzi a chipmakereket, hogy növeljék a költségüket, ami részben megakadályozza a keresletet;
• Mivel két vagy több mag egyidejűleg fut a RAM-mal egyidejűleg, szükség van arra, hogy "tanítsák" őket ütközés nélkül;
• A megnövekedett energiafogyasztás erőteljes áramellátási rendszereket igényel;
• Erősebb hűtési rendszerre van szükség;
• A többmagos szoftvert optimalizált szoftverek száma elhanyagolható (a legtöbb programot a klasszikus egymagos üzemmódban való használatra tervezték, így egyszerűen nem használhatják a további magok számítási teljesítményét);
• A többmagos processzorokat támogató operációs rendszerek (például a Windows XP SP2 és újabb verziói) a saját maguk számára további magok számítási erőforrásait használják;
• ...
El kell ismerni, hogy a jelenleg többmagos processzorokat rendkívül hatékonyan használják. Ráadásul a gyakorlatban az n-core processzorok n-szer gyorsabb számítást végeznek, mint az egymagos processzorok: bár a teljesítménynövekedés jelentős, az alkalmazás típusától is függ. A többmagos processzorokkal való együttműködésre tervezett programok esetében a teljesítmény csak 5% -kal nő. De a többmagos processzorokhoz optimalizált, 50% -kal gyorsabban dolgozik.
A kernel, mint például a memória, nem sokszor történik meg.
A processzor, az Intel és az AMD vezetői úgy vélik, hogy a jövő párhuzamos számításokon alapul, és folyamatosan növeli a processzorokban lévő magok számát.
A többmagos processzorok megjelenése serkenti az operációs rendszerek és a többmagot támogató alkalmazásokat.
• Az Intel fejlesztõi azt mondják: "... a fejlesztési folyamatban a magok száma egyre több lesz ...".
***
Mi vár ránk a jövőben?
• Az Intel Corporation már nem "Multi-Core" processzorról beszél, mint a 2-, 4-, a 8-os, a 16-os vagy akár a 32-nukleáris megoldások esetében, hanem a "többmagos" ), ami a chip teljes új építészeti makrostruktúráját jelenti, összehasonlítható (de nem hasonló) a Cell processzor architektúrájával.
A szerkezet egy ilyen sok-Core-chip olyan munkát jelent az azonos utasításkészlet, de egy erős központi mag vagy nagyobb teljesítményű processzor, «körülvéve” több kiegészítő mag, amely segít, hogy hatékonyabban kezelni a komplex multimédiás alkalmazásokat egy többszálú módban. Az "általános célú" magok mellett az Intel processzorok speciális feladatokat is ellátnak különféle feladatok - például grafika, beszédfelismerő algoritmusok, kommunikációs protokollok feldolgozásához.
Justin R. Rattner, az Intel Vállalati Technológiai Csoportjának vezetője Tokióban tartott sajtótájékoztatón mutatta be ezt az architektúrát. Elmondása szerint több tucat ilyen segédmagot lehet egy új többmagos processzorban. Ellentétben a hatalmas, energiaigényes számítástechnikai magokkal szembeni nagyméretű hőátadással, az Intel többfázisú kristályai csak azokat a magokat aktiválják, amelyek az aktuális feladat végrehajtásához szükségesek, míg a fennmaradó rendszermagok le lesznek tiltva. Ez lehetővé teszi a kristály számára, hogy annyi villamos energiát fogyaszt, amennyire szüksége van egy adott időben.
A Galum szerint végül a többmagos rendszerek sikere olyan fejlesztőktől függ, akiknek esetleg változtatniuk kell a programozási nyelveket és át kell írniuk az összes meglévő könyvtárat.
jegyzetek
1. A kódnév (megnevezés, név) a processzor magjának neve.
2. A vonalzó egy sor sorozatú processzorok modellje. Egy soron belül a processzorok számos paraméterben jelentősen eltérhetnek egymástól.
3. Chip (angol chip) - kristály; chip.
4. A technológiai folyamat (technikai folyamat, technológia, mikroprocesszor gyártási technológia) alatt a tranzisztor kapujának méretét értjük. Például amikor 32 nm-es folyamattechnológiát mondunk, ez azt jelenti, hogy a tranzisztor kapujának mérete 32 nanométer.
5. A csatorna a tranzisztor régiója, amelyen keresztül a fő töltéshordozók vezérelt áramai áthaladnak.
A forrás a tranzisztor elektródája, ahonnan a fő töltéshordozók belépnek a csatornába.
A lefolyó a tranzisztor elektródája, amelyen keresztül a fő töltéshordozók elhagyják a csatornát.
A kapu egy tranzisztor elektróda, amely a csatorna keresztmetszetének szabályozására szolgál.
6. Valójában a tranzisztorok olyan miniatürizált kapcsolók, amelyek ugyanazokat a "nullákat" és "azokat" használják, amelyek a digitális információ alapját képezik. A zárat úgy tervezték, hogy be- és kikapcsolja a tranzisztort. Bekapcsolt állapotban a tranzisztor átadja az áramot, és kikapcsolt állapotában nem. A dielektromos kapu a kapuelektróda alatt található. Úgy tervezték, hogy elkülönítse a zárat, amikor az áram áthalad a tranzisztoron.
Több mint 40 éve szilikon-dioxidot használtak a tranzisztor kapujának dielektrikáinak előállításához (mivel könnyű felhasználni a tömegtermelésben és a tranzisztor kapacitásának folyamatos növekedése a dielektromos réteg vastagságának csökkentésével). Az Intel szakemberek a dielektromos réteg vastagságát 1,2 nm-re csökkentették (ami csak 5 atomos réteggel egyenértékű!) - ezt a 65 nanométeres gyártási technológiában sikerült elérni.
Azonban, további csökkentése dielektromos réteg vastagsága megnöveli zárlati áramot a dielektromos, ami növeli a veszteséget a jelenlegi és a hő. A növekedés a szivárgási áram a kapun keresztül a tranzisztor csökkenő vastagsága a dielektromos réteg szilícium-dioxid egyike a leginkább félelmetes technikai akadályok az utat a Moore-törvény. Ahhoz, hogy megoldja ezt az alapvető problémát az Intel Corporation váltotta szilícium-dioxid kapu dielektrikum egy vékony réteg a magas-k anyag hafnium alapú. Ez lehetővé tette a szivárgási áram csökkentését több mint tízszeresére, mint a szilícium-dioxid. Anyaga magas k kapu dielektrikum nem kompatibilis a hagyományos szilícium kapu elektródjai, így a második komponens Intel «recept», hogy az új tranzisztorok létrehozott alapján 45 nanométeres technológia már az új elektródák fém anyagok. A tranzisztor kapuelektródjainak gyártására különböző fémes anyagok kombinációját alkalmazzák.