Многоядерные процессоры

Современные процессоры

В настоящее время наиболее современными процессорами, устанавливаемые в персональные компьютеры, являются двухъядерные процессоры. От корпорации Intel: Core 2, а также упрощенные модели этих процессоров под маркой Celeron; от корпорации AMD – процессоры Athlon 64 X2, Athlon 64 FX или упрощенная версия – Sempron. В серверах же используются высокопроизводительные процессоры типа Itanium 2 и Xeon от корпорации Intel и процессоры Opteron от корпорации AMD.

Следует отметить, что все новинки 2003-2006 гг., которые были выпущены в свет корпорацией Intel и были широко разрекламированы, остались всего лишь переходными моделями (это касается, в первую очередь, последних версий Pentium 4).

В обозримом будущем корпорация Intel предполагает для использования в настольных компьютерах продвигать линейку процессоров с архитектурой Intel Core 2, которые будут эволюционно получать новые типы ядер и постепенно увеличивать их число.

Если рынок процессоров для массового применения, за последнее время, претерпел серьезные изменения, то на рынке процессоров для промышленного применения идет планомерное развитие технологий для линеек процессоров Xeon и Itanium 2. Они получают новые технологии, которые направлены на повышение производительности и увеличение надежности. В частности, в ближайшем будущем появится шина CSI (Common Systems Interconnect), которая станет конкурентом шине HyperTransport, используемой в процессорах AMD64.

Однако, практика показывает, что пока программисты не напишут достаточный объем программ, учитывающих новые возможности процессоров, покупка супернового и сверхмощного компьютера – это не самое выгодное вложение капитала, так как производительность нового компьютера со старым программным обеспечением не сильно увеличится.

До 2005 г. все процессоры, используемые в массовых сериях настольных компьютеров, были одноядерными. Многоядерные процессоры, а также многопроцессорные системные платы хотя и выпускались промышленностью, но они считались принадлежностью промышленных высокопроизводительных систем и, соответственно, были весьма дороги.

В 2005 году началось производство корпорацией IBM 9-ядерных процессоров Cell, которые были предназначены для игровой приставки Play Station 3. Таким образом, появился дешевый процессор для массового производства и великолепной производительностью. Однако, это была другая архитектура процессора и другая система команд, нежели чем в семействе х86.

Так как следовать по пути корпорации IBM было невозможно из-за потери совместимости с уже наработанным программным обеспечением, то корпорации AMD и Intel пошли по пути простого удвоения ядер на кристалле, если просто, то фактически предложили пользователям старую идею – не два процессора на одной системной плате, а два процессора в одном корпусе.

Для корпорации AMD создание двух ядер на одном кристалле оказалось простым делом, т.к. архитектура AMD64 позволяла просто объединить два ядра, как это показано на рис. Правда, для каждого ядра пришлось создавать свой отдельный кэш L2 большого размера, что, как говорят конкуренты, не выгодно.

Рис. Архитектура процессора Athlon 64 X2 Dual-Core.

Корпорация Intel пошла примерно таким же путем, но из-за более старой архитектуры процессоров Pentium 4 им пришлось проделать значительно больший объем работы. Для начала на базе Pentium 4 разработали двухъядерный процессор Pentium D, который не смог конкурировать м продукцией AMD. Для прорыва в будущее была доработана технология, которая использовалась в мобильных процессорах, и под названием Intel Core 2 Duo была представлена на суд пользователей. Если не рассматривать особенности новой архитектуры, то как и у AMD на кристалле создавалось два одинаковых ядра с одним интерфейсом. Правда, в отличие от конкурентов, использовался один общий кэш L2, что является, возможно, более выгодным решением (рис.).

Рис. Архитектура процессора Intel Core

В 2007 г. обе корпорации выпустили четырехъядерные решения для массового применения. Правда, если корпорация AMD сделала на одном кристалле 4 ядра, то корпорация Intel предложила гибридную технологию, когда в одном корпусе монтируются два двухъядерных процессора.

На вход двухъядерного процессора приходят два отдельных потока команд и данных и также отдельно выходят. Взаимного влияния друг на друга оба потока внутри двухъядерного процессора не оказывают. Исключение составляют схемы интерфейса – обмена информации с внешним миром, а также КЭШа, но тут два процессора лишь конкурируют за право и порядок использования ресурсов.

Рис. Выполнение программного кода на одноядерном процессоре.

Рис. Выполнение программного кода на многоядерном процессоре.

Рис. Зависимость прироста производительности от числа ядер процессора (P – доля команд в программе, которые могут выполняться параллельно)

Дата добавления: 2014-01-06