מעבד רב-ליבתי: מה זה ולמה הוא מיועד

המגמה הכללית היא למצוא מעבד רב ליבות בתוך מחשב אישי, כך שאם אתם עדיין לא יודעים על מה מדובר, הגיע הזמן שתפגשו את המעבדים הללו. למעשה, הם נמצאים איתנו כמעט עשור, נותנים לנו יותר ויותר כוח ויכולת גדולה יותר להתמודד עם מידע, והופכים את המכונה שלנו למרכזי נתונים אמיתיים עם שולחנות עבודה.

מדד התוכן

מעבדים מרובי ליבות עשו מהפכה בשוק, תחילה לצריכה של חברות גדולות ומרכזי נתונים, ואחר כך עבור משתמשים רגילים, וכך קפצו לעידן חדש של ציוד בעל ביצועים גבוהים. אפילו לסמארטפון שלנו יש מעבדים מרובי ליבות.

מה הפונקציה של המעבד במחשב

אך לפני שנתחיל לראות במה מדובר במעבדים מרובי ליבות, שווה לרענן קצת זיכרון ולהגדיר למי באמת מעבד. אולי זה נראה מטופש בנקודה זו, אבל לא כולם מכירים את המרכיב המהותי הזה בעידן הנוכחי, וזה הזמן.

המעבד, מעבד או יחידת עיבוד מרכזית, מורכב ממעגל אלקטרוני המתוכנן מטרנזיסטורים, שערי לוגיקה וקווים עם אותות חשמליים המסוגלים לבצע משימות והוראות. הוראות אלה נוצרות על ידי תוכנית מחשב ואינטראקציה (או לא) של בן אדם או אפילו של תוכניות אחרות. בדרך זו אנו מסוגלים לבצע משימות יצרניות על בסיס נתונים דרך מחשבים.

לא ניתן היה להעלות מחשב וכל מכשיר אלקטרוני אחר ללא נוכחות מעבד. זה אולי מורכב פחות או יותר, אבל כל מכשיר המסוגל לבצע משימה ספציפית זקוק ליחידה זו כדי להמיר אותות חשמליים לנתונים, ואפילו למשימות פיזיות, כמו פסי הרכבה שימושיים לבני אדם.

מהו ליבת המעבד

כמו כל רכיב אחר, מעבד מורכב מאלמנטים שונים בתוכו. אנו מכנים שילוב זה של ארכיטקטורת אלמנטים, וזה שיש לנו כיום במעבד המחשב שלנו הוא x86, קבוצה של קודים, פרמטרים ורכיבים אלקטרוניים שבשילוב, הם מסוגלים לחשב הוראות אלה פשוט על ידי ביצוע פעולות לוגיות וחשבון.

מבנה פנימי של מעבד

הליבה או הליבה של מעבד הם היחידה, או המעגל המשולב שאחראי על עיבוד כל המידע הזה. הוא מורכב ממיליוני טרנזיסטורים המצוידים במבנה לוגי פונקציונלי, והוא מסוגל לטפל במידע שנכנס, בצורה של אופרנדים ומפעילים כדי לייצר את התוצאות המאפשרות לתוכניות לעבוד. אם כן, זוהי הישות הבסיסית של מעבד.

כדי לגרום לך להישמע, ליבת המעבד מורכבת מאלמנטים עיקריים אלה:

• יחידת בקרה (UC): היא אחראית לכוון באופן סינכרוני את פעולת המעבד, במקרה זה הליבה. זה נותן הוראות בצורה של אותות חשמליים לרכיבים השונים (CPU, RAM, ציוד היקפי) כך שהם עובדים בצורה סינכרונית. יחידה אריתמטית-לוגית (ALU): היא אחראית על ביצוע כל הפעולות הלוגיות והאריתמטיות עם מספרים שלמים עם הנתונים שהיא מקבלת רישומים: הרישומים הם התאים המאפשרים לאחסן את ההוראות המבוצעות ואת תוצאות הפעולה שמתבצעת.

בשביל מה ליבות נוספות?

המירוץ של היצרנים לקבל את המוצר החזק והמהיר ביותר התקיים אי פעם, ובאלקטרוניקה זה לא שונה. בימיו, זו הייתה אבן דרך ליצור מעבד עם תדר של יותר מ- 1 ג'יגה הרץ. במקרה שאתה לא יודע, GHz מודד את מספר הפעולות שמעבד מסוגל לבצע

GHz: מהו ומה זה גיגה-הרץ במחשוב

המירוץ לקבל יותר ג'יגה הרץ

המעבד הראשון שהגיע ל -1 ג'יגה הרץ היה ה- DEC Alpha בשנת 1992, אך כשמדובר ב- CPU למחשבים אישיים, רק בשנת 1999 הגיעה אינטל, עם Pentium III ו- AMD שלה, עם המעבדים הבנויים של Athlon שהגיעו למספרים הללו.. נכון לעכשיו, היצרנים רק זכרו דבר אחד, " ככל שה- GHz יותר טוב ", מכיוון שניתן היה לבצע יותר פעולות ליחידת זמן.

אחרי מספר שנים, היצרנים מצאו מגבלה במספר GHz של המעבדים שלהם, מדוע? מכיוון שכמות החום העצומה שנוצרה בליבה, הציבה את שלמות החומרים וקישורי הקיר המשמשים עד גבול. באופן דומה, הצריכה הופעלה עבור כל הרץ שהגידול בתדר.

המירוץ לקבל יותר ליבות

בגבול זה, היצרנים נאלצו לבצע שינוי פרדיגמה, וככה הופיעה המטרה החדשה, " ככל שהליבות יותר טובות יותר." בואו נחשוב, אם הגרעין אחראי על ביצוע הניתוחים, אז יגדיל את מספר הגרעינים שאנחנו יכולים להכפיל, לשלש,… את מספר הפעולות שניתן לבצע. ברור שזה כן, עם שתי ליבות אנו יכולים לבצע שני פעולות בו זמנית, ועם ארבע אנו יכולים לבצע 4 מהפעולות הללו.

מהדורת אינטל פנטיום אקסטרים 840

המטרה שהציבה אינטל להגיע ל -10 ג'יגה הרץ עם ארכיטקטורת NetBurst שלה הושארה מאחור, דבר שעד כה לא הושג, לפחות לא עם מערכות הקירור העומדות לרשות המשתמשים הרגילים. אז הדרך הטובה ביותר להשיג מדרגיות טובה בכוח וביכולת העיבוד הייתה זו, כאשר יש מעבדים עם מספר מסוים של ליבות וגם בתדירות מסוימת.

מעבדי ליבה כפולה החלו להיות מיושמים, או שהם מייצרים שני מעבדים בודדים, או טובים בהרבה, ומשלבים שני DIE (מעגלים) בשבב יחיד. ובכך חוסך מקום רב בלוחות האם, אם כי דורש מורכבות רבה יותר ליישום מבנה התקשורת שלו עם שאר הרכיבים, כגון זיכרון מטמון, אוטובוסים וכו '.

המעבדים הראשונים עם יותר מליבה אחת

בשלב זה די מעניין לדעת אילו היו המעבדים הרב-ליבתיים הראשונים שהופיעו בשוק. וכפי שאתה יכול לדמיין, ההתחלות היו כתמיד, לשימוש ארגוני בשרתים, וגם כמו תמיד של יבמ. המעבד הרב-ליבתי הראשון היה IBM POWER4 עם שתי ליבות על DIE יחיד ותדר בסיס של 1.1 ג'יגה הרץ, שיוצר בשנת 2001.

אך רק בשנת 2005 הופיעו מעבדי הליבה הכפולים הראשונים לצריכה המונית של משתמשים במחשבים השולחניים שלהם. אינטל גנבה את הארנק מ- AMD כמה שבועות מראש עם Intel Pentium Extreme Edition 840 שלה עם HiperThreading, בהמשך פרסמה את AMD Athlon X2.

לאחר מכן, יצרנים ביצעו ריצה והחלו להציג גרעינים ללא הבחנה, ובעקבות זאת המזעור של הטרנזיסטורים. נכון לעכשיו, תהליך הייצור מבוסס על טרנזיסטורים של 7 ננומטר בלבד המיושמים על ידי AMD בדור השלישי Ryzen שלה, ו- 12 ננומטר המיושמים על ידי אינטל. בעזרת זה הצלחנו להציג מספר גדול יותר של ליבות ומעגלים באותו שבב, ובכך להגדיל את כוח העיבוד ולהקטין את הצריכה. למעשה, יש לנו עד 32 מעבדי ליבות בשוק, שהם Threadrippers של AMD.

מה אנחנו צריכים כדי לנצל את הליבות של מעבד

ההיגיון נראה פשוט מאוד, הכנס ליבות והגדיל את מספר התהליכים בו זמנית. אבל בהתחלה זה היה כאב ראש אמיתי עבור יצרני החומרה ובעיקר עבור יוצרי תוכנה.

וזה שהתוכניות תוכננו (נערכו) רק כדי לעבוד עם גרעין. לא רק שאנו זקוקים למעבד כדי להיות מסוגל פיזית לבצע פעולות מרובות בו זמנית, אלא גם אנו צריכים שהתכנית המייצרת הוראות אלה תוכל לעשות זאת על ידי תקשורת עם כל אחת מהליבות הזמינות. אפילו מערכות הפעלה נאלצו לשנות את הארכיטקטורה שלהן בכדי שיוכלו להשתמש ביעילות במספר ליבות בו זמנית.

באופן זה, המתכנתים ירדו לעבוד והחלו להרכיב את התוכניות החדשות בתמיכה מרובת ליבות, כך שכרגע, תוכנית מסוגלת להשתמש ביעילות בכל הליבות הזמינות במחשב. כך מכפילים את חוטי הביצוע לסכום הדרוש. כי אם בנוסף לליבות, הופיע גם מושג חוט הביצוע.

במעבד מרובה ליבות חיוני להקביל את התהליכים שתוכנית מבצעת, זה מרמז שכל גרעין מצליח לבצע משימה במקביל לאחר, ובאופן רציף, בזה אחר זה. שיטה זו של יצירת משימות שונות בו זמנית מתוכנית נקראת חוטי תהליכים, חוטי עבודה, חוטים או פשוט חוטים באנגלית. גם מערכת ההפעלה וגם התוכניות חייבות להיות מסוגלות ליצור חוטי תהליכים מקבילים בכדי לנצל את מלוא העוצמה של המעבד. זה גבוה שעיצוב CAD, עריכת וידאו או תוכניות מצליחים מאוד, בעוד שלמשחקים יש דרך ללכת.

מהם החוטים של מעבד? הבדלים עם גרעינים

HyperThreading ו- SMT

כתוצאה מהאמור לעיל מופיעות הטכנולוגיות של יצרני המעבדים. המפורסם שבהם הוא HyperThreading שאינטל החלה להשתמש במעבדים שלה, ובהמשך AMD תעשה זאת בשלהם עם טכנולוגיית CMT תחילה, ואז עם התפתחות ל- SMT (Simultaneous Multi-Threading).

טכנולוגיה זו מורכבת מקיומם של שתי ליבות באחת, אך הן לא יהיו ליבות אמיתיות, אלא הגיוניות, דבר שבתכנות נקרא עיבוד חוטים או חוטים. כבר דיברנו על זה בעבר. הרעיון הוא לחלק, שוב, את עומס העבודה בין ליבות, ופילוח כל אחת מהמשימות שיש לבצע בחוטים כך שהן מבוצעות כאשר גרעין חופשי.

ישנם מעבדים שיש להם רק שתי ליבות, למשל, אך יש להם 4 חוטים בזכות הטכנולוגיות הללו. אינטל משתמשת בו בעיקר במעבדי Intel Core ובמעבדים הניידים הגבוהים ביותר שלה, בעוד AMD הטמיעה אותו בכל מגוון המעבדים של Ryzen.

מה זה HyperThreading?

כיצד לדעת כמה ליבות יש למעבד שלי

אנו כבר יודעים מהם ליבות ואילו חוטים וחשיבותם למעבד מרובה ליבות. אז הדבר האחרון שנותר לנו הוא לדעת לדעת כמה ליבות יש למעבד שלנו.

עליכם לדעת כי חלונות לפעמים אינם מבדילים בין ליבות לחוטים, מכיוון שהם יופיעו עם שם ליבות או מעבדים, למשל בכלי "msiconfig". אם נפתח את מנהל המשימות ונעבור למקטע הביצועים, נוכל לראות רשימה בה מופיעה ספירת הליבות והמעבדים הלוגיים של ה- CPU. אבל הגרפיקה שתוצג לנו תהיה ישירות של ליבות לוגיות, ממש כמו זו שמופיעה במוניטור הביצועים אם נפתח אותה.

כיצד לדעת כמה ליבות יש למעבד שלי

סיכום וקישורים מעניינים

אנו מגיעים לסוף, ומקווים שהסברנו ברצינות מהו מעבד רב-ליבתי, ואת המושגים החשובים ביותר שקשורים לנושא. נכון לעכשיו יש מפלצות אמיתיות עם עד 32 ליבות ו 64 חוטים. אבל כדי שמעבד יהיה אפקטיבי, לא רק מספר הליבות והתדירות שלהם חשוב, אלא גם כיצד הוא בנוי, היעילות של קווי הנתונים שלו והתקשורת ואופן העבודה של הליבות שלו, וכאן אינטל עוקבת אחר צעד לפני AMD. בקרוב נראה את Ryzen 3000s החדשים שמבטיחים להעלות על ביצועים טובים יותר עם מעבדי שולחן העבודה החזקים ביותר של אינטל, אז הישארו בקשר לביקורות שלנו.

אם יש לך שאלות או נקודות לגבי הנושא, או שאתה רוצה להבהיר משהו, אנו מזמינים אותך לעשות זאת באמצעות תיבת התגובות למטה.