A többmagos processzor egy központi feldolgozó egység , amely két vagy több processzormagot tartalmaz egy processzorchipen vagy egy csomagban .
Az angolban két általánosan használt kifejezés létezik a többmagos processzorokra: többmagos és sokmagos .
A többmagos ( angolul multi-core [1] ) kifejezést általában két vagy több általános célú magot tartalmazó központi processzorokra alkalmazzák, de néha digitális jelfeldolgozó processzorokra (DSP) és egylapkás rendszerekre (SoC, SoC ) is használják. ). A többmagos processzor alatt meg kell érteni, hogy több mag egy integrált áramkörbe van integrálva (ugyanazon a szilícium chipen). Ha több félvezető kristályt egyesítettek egy csomagba , akkor a tervezést multi-chip modulnak ( angolul multi-chip module , MCM) nevezik.
A többprocesszoros kifejezés azokra a számítógépekre vonatkozik, amelyek több, fizikailag különálló processzorral rendelkeznek ( például a szerveralaplapokon gyakran 2 vagy 4 aljzat található több chip csatlakoztatásához), de egyetlen operációs rendszer (OS) példány vezérli őket.
A többmagos [1] ( angolul many-core [2] vagy angolul massively multi-core ) fogalma olyan többmagos rendszerek leírására használható, amelyek nagyszámú maggal rendelkeznek, tíztől százig vagy még több. Például az Intel a "multi-core" ("sokmagos") nevet használta az Intel MIC -számítógépeihez [3] .
Multiprocesszor egy chipen (single-chip multiprocessor, on-chip multiprocessor, chip multiprocessing, CMP) – így nevezték a korai kutatók több processzor egyetlen hordozóra történő elhelyezésére vonatkozó projektjeit [4] [5] [6] .
A többmagos processzorok architektúrája nagyrészt megismétli a szimmetrikus többprocesszorok ( SMP gépek ) architektúráját, csak kisebb léptékben és saját jellemzőivel.
Az első többmagos processzorok ( első generációs CMP ) a legegyszerűbb sémák voltak: két processzormag ugyanarra a lapkára került, anélkül, hogy a memóriabuszon kívül más erőforrásokat osztanának meg (például Sun UltraSPARC IV és Intel Pentium D ). Az "igazi többmagos" ( második generációs CMP ) processzor az, ha a processzormagjai egy harmadik vagy második szintű gyorsítótáron osztoznak: például a Sun UltraSPARC IV+, az Intel Core Duo és az összes modern többmagos processzor.
A többmagos processzorokban az órajel frekvenciáját általában szándékosan csökkentik. Ez lehetővé teszi a processzor energiafogyasztásának csökkentését a teljesítmény elvesztése nélkül: az energiafogyasztás egy kockaként nő a processzor frekvenciájának növekedésétől. A processzormagok számának megduplázásával és az órajel felezésével közel azonos teljesítményt érhet el, miközben egy ilyen processzor fogyasztása 4-szeresére csökken.
Egyes processzorokban az egyes magok órajele az egyéni munkaterheléstől függően változhat. A mag egy teljes értékű mikroprocesszor, amely a mikroprocesszor-technológia összes vívmányát felhasználja: csővezetékek , nem megfelelő kódvégrehajtás, többszintű gyorsítótár , vektorutasítások támogatása .
A szuperskalaritás nem mindig van jelen a magban, ha például a processzorgyártó a lehető legegyszerűsíteni kívánja a magot.
Mindegyik mag használhat tranziens többszálú technológiát , vagy ha szuperskaláris, akkor SMT technológiát több szál egyidejű végrehajtásához , így az egyes magokon alapuló több "logikai processzor" illúzióját keltve. Az Intel processzorokon ezt a technológiát Hyper-threading- nek hívják, és megduplázza a logikai processzorok számát a fizikaiakhoz képest. A Sun UltraSPARC T2 (2007) processzorokon ez a növekedés magonként akár 8 szálat is elérhet.
A többmagos processzorok a magok közötti (megosztott) gyorsítótár koherenciájának támogatása alapján kategorizálhatók. Vannak processzorok ilyen támogatással és anélkül. Kommunikációs módszer a magok között:
Gyorsítótár: Minden ma létező többmagos processzorban minden mag külön-külön rendelkezik 1. szintű gyorsítótárral , és több lehetőség is létezik a 2. szintű gyorsítótárhoz:
A többmagos processzorok is homogén vagy heterogén architektúrával rendelkeznek:
A többszálú feldolgozásra optimalizált alkalmazások teljesítménynövekedést tapasztalnak a többmagos processzorokon. Ha azonban az alkalmazás nincs optimalizálva, akkor nem sokat profitál az extra magokból, sőt lassabban futhat, mint egy kevesebb maggal rendelkező, de magasabb órajelű processzoron . Ezek többnyire olyan alkalmazások, amelyeket a többmagos processzorok megjelenése előtt fejlesztettek ki, vagy olyan alkalmazások, amelyek elvileg nem használnak többszálat.
A legtöbb operációs rendszer lehetővé teszi több alkalmazás egyidejű futtatását . Ez teljesítményelőnyt ér el, még akkor is, ha az alkalmazások egyszálasak.
Ma sok processzorgyártó, különösen az Intel , az AMD , az IBM , az ARM , a processzormagok számának további növelése a teljesítmény növelésének egyik kiemelt területe.
Az első processzor, amelyet a beágyazott rendszerek helyett általános használatra szántak, a POWER4 volt, egyetlen chipen két PowerPC maggal, amelyet az IBM 2001-ben adott ki.
A 2 magos IBM PowerPC-970MP ( G5 ) 2005-ben jelent meg. A legújabb Power Mac G5 -öket ezzel a processzorral szerelték fel .
SPARC2004 márciusában a Sun Microsystems bemutatta a SPARC architektúra első 2 magos processzorát: az UltraSPARC IV -et , az első generációs CMP-t. A második generációs CMP processzor az UltraSPARC IV+ volt (2005 közepe), ahol a két processzormag osztozott egy 3. szintű chipen kívüli és egy 2. szintű on-chip gyorsítótáron.
A Fujitsu csak 2007-ben mutatta be SPARC64 termékcsaládjában a 2 magos SPARC64 VI processzort .
x862005 áprilisában az AMD kiadta az AMD64 architektúrájú 2 magos Opteron processzort szerverekhez .
2005 májusában az Intel kiadta az x86-64 architektúrájú Pentium D processzort , az első személyi számítógépekhez tervezett 2 magos processzort. Ez volt az Intel „gyors” válasza az AMD kihívására. Lényegében az Intel vezető NetBurst architektúrájára épülő Pentium D két különálló processzorból állt, ugyanazon a hordozón, közös elemek nélkül. Mivel az Intel 2005 végén felhagyott a NetBurst architektúrával, a Pentium D-t nem fejlesztették ki. Az Intel 2006 januárjában kiadott egy valódi többmagos Core Duo processzort , amely gazdaságosabb Core architektúrán alapul.
2010 márciusában jelentek meg az első 12 magos soros processzorok, amelyek az AMD Opteron 6100 szerverprocesszorai lettek ( x86 / x86-64 architektúra ). [7]
2011-ben az AMD elsajátította a 8 magos processzorok otthoni számítógépekhez [8] és a 16 magos processzorok gyártását szerverrendszerekhez [9] .
2011 augusztusában az AMD kiadta az első 16 magos soros Opteron 6200 sorozatú szerverprocesszorokat ( Interlagos kódnéven ). Az Interlagos processzor két 8 magos (4 modulos) chipet egyesít egy csomagban, és teljes mértékben kompatibilis a meglévő AMD Opteron 6100 sorozatú ( Socket G34 ) platformmal. [tíz]
2016-tól az Intel processzorokat ad ki a Xeon E7 szerverekhez – 4 és 24 közötti magok számával. [11] [12] (E5 – 22 magig).
2020 februárjában az AMD piacra dobta az első 64 magos processzort otthoni számítógépekhez, az AMD Ryzen Threadripper 3990X-et [13] .
A mikroprocesszorok történetének és paramétereiknek összefoglalóját a frissített angol cikk tartalmazza: Timeline of microprocessors , 2010s . A processzormagok számának meghatározásához szorozza meg a "Magok per die" és a "Dies per modul" mezőket; a hardverszálak számának kiszámításához szorozza meg a magok számát a "szálak magonként" számmal. Például a Xeon E7, Intel esetében: "4, 6, 8, 10" mag 1 darabonként 1-2 hardverszálonként = maximum 10 mag és 20 hardverszál, AMD FX "Bulldozer" Interlagos "4-8" per 2 1-enként = maximum 16 mag és 16 szál.
2006. szeptember 27-én az "IDF Fall" fejlesztői fórumon az Intel egy kísérleti, 80 magos chipet mutatott be, amelynek teljesítménye akár 1 TFLOPS is lehet. Mindegyik mag 3,16 GHz-es órajelen működött, a chip fogyasztása elérte a 100 W körüli értéket [14] .
2007. augusztus 20-án a Tilera bejelentette a TILE64 chipet64 processzormaggal és beépített nagy teljesítményű hálózattal, amelyen keresztül a különböző magok közötti adatcsere akár 32 Tbps sebességgel is megtörténhet. [15] [16]
2009. október 26-án a Tilera bejelentette [ 17] egy 100 magos TILE-Gx sorozatú általános célú processzorát . Minden processzormag külön processzor 1. és 2. szintű gyorsítótárral . A magok, a memória és a rendszerbusz hálós hálózati topológián keresztül csatlakoznak . A processzorok 40 nm-es folyamattechnológiával készülnek, és 1,5 GHz-es órajelen működnek. A 100 magos processzorok megjelenését 2011 elejére tervezik.
2009. december 2-án az Intel bemutatta az egychipes " felhő " SCC (Single-chip Cloud Computer) számítógépet, amely egy 48 magos chip. A processzor „ felhőssége ”, hogy mind a 48 mag hálózati csomópontként kommunikál egymással. Az SCC egy olyan projekt része, amelynek célja egy 100 magos processzor létrehozása [18] .
2011 júniusában az Intel nyilvánosságra hozta a fejlesztés alatt álló Many Integrated Core (MIC) architektúra részleteit – ez a technológia a Larrabee projektből nőtt ki . Az ezen az architektúrán alapuló mikroprocesszorok több mint 50 x 86 mikromagot kapnak , és 2012-ben készülnek el a 22 nm-es folyamattechnológiával. Ezek a mikroprocesszorok nem használhatók központi feldolgozó egységként , de a számítási gyorsítók több ilyen architektúrájú chipből épülnek fel külön bővítőkártya formájában, és olyan megoldásokkal versenyeznek a GPGPU és a nagy teljesítményű számítástechnikai piacokon, mint az Nvidia Tesla és az AMD FireStream . . [19] A 2012-ben megjelent architektúraleírás szerint akár 60 magos chipek is lehetségesek.
2011 októberében az Adaptevabemutatta a 64 magos Epiphany IV mikroprocesszorokat , amelyek akár 70 gigaflops (SP) teljesítményt mutatnak, miközben kevesebb mint 1 watt áramot fogyasztanak. A mikroprocesszorokat RISC architektúrával tervezték, és a tervek szerint 2012-ben próbamintákat gyártanak majd a GlobalFoundries 28 nm-es folyamattechnológiájával. Ezek a processzorok nem használhatók központi egységként , hanem az Adaptevaazt javasolja, hogy használják őket társprocesszorként olyan összetett feladatokhoz, mint az arcfelismerés vagy a felhasználói gesztusok. Az Adapteva állítása szerint ennek a mikroprocesszornak a magjainak száma a jövőben 4096-ra növelhető, a tervek szerint a 4096 magos processzor a fő verzióban (700 MHz) a becslések szerint 5,6 TFLOPS-t fog elérni, mindössze 80 wattot fogyasztva.
2012 januárjában a ZiiLabs(a Creative Technology leányvállalata) bejelentette a ZMS-40 chipen alapuló 100 magos rendszert . Ez a rendszer egy 4 magos ARM Cortex-A9 1,5 GHz-es processzort (Neon multimédiás blokkokkal) és 96 egyszerűbb és kevésbé sokoldalú StemCell számítási magból álló tömböt egyesít . A StemCell magok egy energiahatékony SIMD architektúra 50 gigaflop csúcs lebegőpontos (32 bites) teljesítménnyel , amely magok inkább GPU -ként működnek más rendszerekben egy chipen, és felhasználhatók videó-, kép- és hangfeldolgozásra, valamint 3D gyorsításra. - és 2D grafikai és egyéb multimédiás feladatok ( OpenGL ES 2.0 és OpenCL 1.1 által támogatott) [22] .
2019 augusztusában a Cerebras Systems bemutatta a világ legnagyobb többmagos szuperprocesszorát , a Cerebras Wafer Scale Engine -t ; több mint 1,2 billió tranzisztorral rendelkezik 400 000 magon, és egy 300 mm átmérőjű félvezető lapka szinte teljes területét elfoglalja. [23] . 2020-ban megalkották a számítástechnika történetének legnagyobb processzorát is; tesztek során felülmúlta a 100 legjobb globális rangsorban szereplő szuperszámítógépet [24] .
Az is tendencia, hogy a többmagos mikrokontrollereket bevezetik a mobileszközökbe .
Például:
| Digitális processzortechnológiák | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Építészet | |||||||||
| Instruction Set Architecture | |||||||||
| gépszó | |||||||||
| Párhuzamosság |
| ||||||||
| Megvalósítások | |||||||||
| Alkatrészek | |||||||||
| Energiagazdálkodás | |||||||||