پردازنده های دسکتاپ چند هسته ای از کجا آمده اند و چه آینده ای خواهند داشت؟

امروز قصد داریم شما را با پردازنده های دسکتاپ چند هسته ای آشنا کنیم. ک پردازنده چند هسته ای یک پردازنده کامپیوتری روی یک مدار مجتمع با دو یا چند واحد پردازش مجزا به نام هسته است که هر کدام دستورالعمل های برنامه را می خواند و اجرا می کند.

دستورالعمل‌ها، دستورالعمل‌های معمولی CPU هستند (مانند افزودن، انتقال داده‌ها، و شاخه)، اگر می خواهید بیشتر با پردازنده های دسکتاپ چند هسته ای آشنا شوید، تا انتهای متن با ما همراه باشید.

پردازنده ی چند هسته ای چیست؟

اما پردازنده منفرد می‌تواند دستورالعمل‌ها را همزمان روی هسته‌های جداگانه اجرا کند و سرعت کلی برنامه‌هایی را که از چند رشته یا سایر تکنیک‌های محاسباتی موازی پشتیبانی می‌کنند، افزایش می‌دهد.

سازندگان معمولاً هسته‌ها را روی یک قالب مدار مجتمع (که به عنوان چند پردازنده تراشه یا CMP شناخته می‌شود) یا روی چندین قالب در یک بسته تراشه ادغام می‌کنند.

ریزپردازنده هایی که در حال حاضر در اکثر رایانه های شخصی استفاده می شوند چند هسته ای هستند.

یک پردازنده چند هسته ای چند پردازش را در یک بسته فیزیکی واحد پیاده سازی می کند. طراحان ممکن است هسته‌ها را در یک دستگاه چند هسته‌ای محکم یا شل وصل کنند.

برای مثال، هسته‌ها ممکن است حافظه پنهان را به اشتراک بگذارند یا نکنند، و ممکن است روش‌های ارتباط بین هسته‌ای ارسال پیام یا حافظه مشترک را پیاده‌سازی کنند.

توپولوژی های رایج شبکه

توپولوژی های رایج شبکه مورد استفاده برای اتصال هسته ها شامل گذرگاه، حلقه، شبکه دو بعدی و میله متقاطع است.

سیستم های چند هسته ای همگن فقط شامل هسته های یکسان هستند. سیستم‌های چند هسته‌ای ناهمگن هسته‌هایی دارند که یکسان نیستند (به عنوان مثال big.LITTLE هسته‌های ناهمگنی دارند که مجموعه دستورالعمل‌های یکسانی دارند، در حالی که واحدهای پردازش شتاب‌دهنده AMD هسته‌هایی دارند که مجموعه دستورالعمل‌های یکسانی ندارند).

درست مانند سیستم های تک پردازنده، هسته ها در سیستم های چند هسته ای ممکن است معماری هایی مانند VLIW، superscalar، vector یا multithreading را پیاده سازی کنند. پردازنده های دسکتاپ چند هسته ای دارای این ویژگی ها است.

پردازنده های چند هسته ای چه کاربردی دارند؟

پردازنده های چند هسته ای به طور گسترده در بسیاری از حوزه های کاربردی، از جمله همه منظوره، تعبیه شده، شبکه، پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) و گرافیک (GPU) استفاده می شوند.

تعداد هسته‌ها حتی به ده‌ها می‌رسد، و برای تراشه‌های تخصصی بیش از 10000، و در ابررایانه‌ها (یعنی خوشه‌های تراشه‌ها) تعداد می‌تواند به بیش از 10 میلیون برسد. پردازنده های دسکتاپ چند هسته ای بسیار هوشمند هستند.

بهبود عملکرد

بهبود عملکرد به دست آمده با استفاده از یک پردازنده چند هسته ای بستگی زیادی به الگوریتم های نرم افزار مورد استفاده و اجرای آنها دارد.

به طور خاص، دستاوردهای احتمالی توسط بخش نرم افزاری که می تواند به طور همزمان روی چندین هسته اجرا شود، محدود می شود.

این اثر توسط قانون امدال توصیف شده است. در بهترین حالت، به اصطلاح مشکلات موازی شرم آور ممکن است فاکتورهای افزایش سرعت را در نزدیکی تعداد هسته‌ها متوجه شوند.، یا حتی اگر مشکل به اندازه‌ای تقسیم شود. که در حافظه نهان هر هسته قرار بگیرد.، و از استفاده از حافظه سیستم اصلی بسیار کندتر جلوگیری شود.

. با این حال، بیشتر برنامه‌های کاربردی آنچنان تسریع نمی‌شوند، مگر اینکه برنامه‌نویسان تلاش خود را برای بازسازی مجدد سرمایه‌گذاری کنند.

مزایای این پردازنده های چند هسته ای چیست؟

موازی سازی نرم افزار یک موضوع مهم تحقیقاتی است. ادغام همزمان برنامه های کاربردی چند پردازنده انعطاف پذیری را در طراحی معماری شبکه فراهم می کند.

سازگاری در مدل های موازی یکی از ویژگی های اضافی سیستم هایی است که از این پروتکل ها استفاده می کنند.

اصطلاحات چند هسته ای و دو هسته ای

اصطلاحات چند هسته ای و دو هسته ای معمولاً به نوعی از واحد پردازش مرکزی (CPU) اشاره می کنند، اما گاهی اوقات برای پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSP) و سیستم روی یک تراشه (SoC) نیز به کار می روند.

این اصطلاحات معمولاً فقط برای اشاره به ریزپردازنده‌های چند هسته‌ای استفاده می‌شوند که بر روی یک قالب مدار مجتمع ساخته می‌شوند.

قالب های ریزپردازنده جداگانه در یک بسته معمولاً با نام دیگری مانند ماژول چند تراشه ای شناخته می شوند. این مقاله از عبارات “چند هسته ای” و “دو هسته ای” برای پردازنده های تولید شده. بر روی یک مدار مجتمع استفاده می کند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد. پردازنده های دسکتاپ چند هسته ای مزایای بسیار زیادی دارد.

بر خلاف سیستم‌های چند هسته‌ای، اصطلاح چند CPU به چندین واحد پردازشی مجزای فیزیکی (که اغلب شامل مدارهای ویژه برای تسهیل ارتباط بین یکدیگر هستند) اشاره دارد.

اصطلاح چند هسته ای از کجا آمده است؟

اصطلاحات چند هسته‌ای و انبوه چند هسته‌ای گاهی اوقات برای توصیف معماری‌های چند هسته‌ای با تعداد هسته‌های بالا (ده‌ها تا هزاران) استفاده می‌شوند.

برخی از سیستم ها از بسیاری از هسته های ریزپردازنده نرم که روی یک FPGA قرار می گیرند استفاده می کنند. هر “هسته” را می توان یک “هسته مالکیت معنوی نیمه هادی” و همچنین یک هسته CPU در نظر گرفت.

پردازنده های دسکتاپ چند هسته ای

پردازنده های دسکتاپ چند هسته ای این روزها بسیار پرکاربرد نیز هستند. در حالی که فناوری تولید بهبود می‌یابد و اندازه گیت‌ها را کاهش می‌دهد، محدودیت‌های فیزیکی میکروالکترونیک مبتنی بر نیمه‌رسانا به یکی از دغدغه‌های اصلی طراحی تبدیل شده است.

این محدودیت های فیزیکی می توانند باعث اتلاف گرما و مشکلات هماهنگ سازی داده ها شوند. روش های مختلف دیگری برای بهبود عملکرد CPU استفاده می شود.

برخی از روش‌های موازی‌سازی سطح دستورالعمل (ILP) مانند لوله‌گذاری فوق‌اسکالر برای بسیاری از کاربردها مناسب هستند، اما برای سایر روش‌ها که حاوی کدهای پیش‌بینی دشواری هستند، ناکارآمد هستند.

سخن پایانی

در این متن سعی کردیم شما را با پردازنده های دسکتاپ چند هسته ای آشنا کنیم. بسیاری از برنامه‌ها برای روش‌های موازی‌سازی سطح رشته (TLP) مناسب‌تر هستند و معمولاً از چندین CPU مستقل برای افزایش TLP کلی سیستم استفاده می‌شود.

ترکیبی از افزایش فضای موجود (به دلیل فرآیندهای تولید تصفیه شده) و تقاضا برای افزایش TLP منجر به توسعه CPU های چند هسته ای شد.

چندین انگیزه تجاری باعث توسعه معماری های چند هسته ای می شود. برای چندین دهه، بهبود عملکرد یک CPU با کوچک کردن سطح مدار مجتمع (IC) امکان پذیر بود که هزینه هر دستگاه را در IC کاهش داد.

روش دیگر، برای همان ناحیه مدار، ترانزیستورهای بیشتری را می توان در طراحی استفاده کرد، که عملکرد را افزایش داد، به ویژه برای معماری های پیچیده محاسباتی مجموعه دستورالعمل (CISC).