Bộ xử lý đa lõi: nó là gì và dùng để làm gì

Xu hướng chung là tìm một bộ xử lý đa lõi bên trong máy tính cá nhân, vì vậy, nếu bạn vẫn không biết chúng ta đang nói về điều gì, thì đã đến lúc bạn gặp những bộ xử lý này. Trên thực tế, họ đã ở với chúng tôi trong gần một thập kỷ, cho chúng tôi ngày càng nhiều sức mạnh hơn và khả năng xử lý thông tin lớn hơn, biến máy tính của chúng tôi thành trung tâm dữ liệu thực sự với máy tính để bàn.

Chỉ số nội dung

Bộ xử lý đa lõi đã cách mạng hóa thị trường, trước tiên là tiêu thụ các công ty lớn và trung tâm dữ liệu, sau đó cho người dùng bình thường, do đó nhảy vào kỷ nguyên mới của thiết bị hiệu suất cao. Ngay cả điện thoại thông minh của chúng tôi có bộ xử lý đa lõi.

Chức năng của bộ xử lý trong máy tính là gì

Nhưng trước khi chúng ta bắt đầu thấy tất cả những gì về bộ xử lý đa lõi, đáng để làm mới một chút bộ nhớ, xác định bộ xử lý thực sự dùng để làm gì. Có lẽ nó có vẻ ngớ ngẩn vào thời điểm này, nhưng không phải ai cũng biết thành phần thiết yếu này trong thời đại hiện nay, và đó là thời gian.

Bộ xử lý, CPU hoặc Bộ xử lý trung tâm, bao gồm một mạch điện tử được thiết kế từ các bóng bán dẫn, cổng logic và đường dây với tín hiệu điện có khả năng thực hiện các tác vụ và hướng dẫn. Các hướng dẫn này được tạo bởi một chương trình máy tính và sự tương tác (hoặc không) của con người hoặc thậm chí của các chương trình khác. Bằng cách này, chúng tôi có thể thực hiện các tác vụ sản xuất dựa trên dữ liệu thông qua máy tính.

Một máy tính và bất kỳ thiết bị điện tử nào khác không thể được hình thành mà không có sự hiện diện của bộ xử lý. Nó có thể ít nhiều phức tạp, nhưng bất kỳ thiết bị nào có khả năng thực hiện một nhiệm vụ cụ thể đều cần bộ phận này để chuyển đổi tín hiệu điện thành dữ liệu và thậm chí thành các tác vụ vật lý, chẳng hạn như dây chuyền lắp ráp hữu ích cho con người.

Lõi của bộ xử lý là gì

Giống như bất kỳ thành phần nào khác, bộ xử lý được tạo thành từ các yếu tố khác nhau bên trong nó. Chúng tôi gọi sự kết hợp kiến trúc các yếu tố này và kiến trúc mà chúng tôi hiện có trong bộ xử lý của máy tính là x86, một bộ mã, tham số và các thành phần điện tử, kết hợp lại, có khả năng tính toán các hướng dẫn này chỉ bằng cách thực hiện hoạt động logic và số học.

Cấu trúc bên trong CPU

Lõi hoặc lõi của bộ xử lý là đơn vị hoặc mạch tích hợp chịu trách nhiệm xử lý tất cả thông tin này. Bao gồm hàng triệu bóng bán dẫn được trang bị cấu trúc logic chức năng, nó có khả năng xử lý thông tin đi vào, dưới dạng toán hạng và toán tử để tạo ra kết quả cho phép các chương trình hoạt động. Sau đó, nó là thực thể cơ bản của bộ xử lý.

Để làm cho bạn phát ra âm thanh, lõi của bộ xử lý được tạo thành từ các yếu tố chính sau:

• Bộ điều khiển (UC): chịu trách nhiệm chỉ đạo đồng bộ hoạt động của bộ xử lý, trong trường hợp này là lõi. Nó cung cấp các đơn đặt hàng dưới dạng tín hiệu điện cho các thành phần khác nhau (CPU, RAM, thiết bị ngoại vi) để chúng hoạt động đồng bộ. Đơn vị logic số học (ALU): chịu trách nhiệm thực hiện tất cả các hoạt động logic và số học với số nguyên với dữ liệu mà nó nhận được Thanh ghi: các thanh ghi là các ô cho phép lưu trữ các lệnh đang được thực hiện và kết quả của hoạt động được thực hiện.

Nhiều lõi hơn để làm gì?

Cuộc đua của các nhà sản xuất để có sản phẩm mạnh nhất và nhanh nhất từng tồn tại, và trong điện tử, điều đó cũng không khác. Vào thời của nó, nó là một cột mốc quan trọng để tạo ra một bộ xử lý có tần số hơn 1 GHz. Trong trường hợp bạn không biết, GHz đo số lượng hoạt động mà bộ xử lý có khả năng thực hiện

GHz: thế nào là và một gigahertz trong điện toán

Cuộc đua để có nhiều GHz

Bộ xử lý đầu tiên đạt 1 GHz là DEC Alpha vào năm 1992, nhưng khi nói đến CPU cho máy tính cá nhân, mãi đến năm 1999 , Intel, với Pentium III và AMD, với bộ xử lý Athlon được chế tạo đã đạt được những con số này.. Tại thời điểm này, các nhà sản xuất chỉ có một điều duy nhất, " càng nhiều GHz càng tốt ", vì có thể thực hiện nhiều thao tác hơn trên mỗi đơn vị thời gian.

Sau một vài năm, các nhà sản xuất đã tìm thấy giới hạn về số GHz của bộ xử lý của họ, tại sao? bởi vì lượng nhiệt khổng lồ được tạo ra trong lõi của nó, đặt tính toàn vẹn của vật liệu và tản nhiệt được sử dụng đến giới hạn. Tương tự, mức tiêu thụ được kích hoạt cho mỗi Hz mà tần số được tăng lên.

Cuộc đua để có nhiều lõi

Ở giới hạn này, các nhà sản xuất đã phải thực hiện một sự thay đổi mô hình, và đó là cách mục tiêu mới xuất hiện, " càng nhiều lõi càng tốt ". Hãy nghĩ rằng, nếu hạt nhân chịu trách nhiệm thực hiện các hoạt động, sau đó tăng số lượng hạt nhân chúng ta có thể tăng gấp đôi, gấp ba,… số lượng hoạt động có thể được thực hiện. Rõ ràng là như vậy, với hai lõi chúng ta có thể thực hiện hai thao tác cùng một lúc và với bốn lõi chúng ta có thể thực hiện 4 thao tác này.

Phiên bản Intel Pentium Extreme phiên bản 840

Mục tiêu mà Intel đặt ra là đạt 10 GHz với kiến trúc NetBurst bị bỏ lại phía sau, điều mà cho đến nay vẫn chưa đạt được, ít nhất là không phải với các hệ thống làm lạnh có sẵn cho người dùng bình thường. Vì vậy, cách tốt nhất để đạt được khả năng mở rộng tốt về sức mạnh và khả năng xử lý là điều này, có bộ xử lý với số lượng lõi nhất định và cũng ở một tần số nhất định.

Bộ xử lý lõi kép bắt đầu được triển khai, hoặc sản xuất hai bộ xử lý riêng lẻ hoặc tốt hơn nhiều, tích hợp hai DIE (mạch) trên một chip đơn. Do đó, tiết kiệm rất nhiều không gian trên bo mạch chủ, mặc dù đòi hỏi sự phức tạp cao hơn để thực hiện cấu trúc giao tiếp của nó với các thành phần khác, chẳng hạn như bộ nhớ đệm, xe buýt, v.v.

Bộ xử lý đầu tiên có nhiều hơn một lõi

Tại thời điểm này, thật thú vị khi biết đó là bộ xử lý đa lõi đầu tiên xuất hiện trên thị trường. Và như bạn có thể tưởng tượng, sự khởi đầu như mọi khi, để sử dụng cho các công ty trên các máy chủ và cũng như mọi khi IBM. Bộ xử lý đa lõi đầu tiên là IBM POWER4 với hai lõi trên một DIE duy nhất và tần số cơ bản 1, 1 GHz, được sản xuất năm 2001.

Nhưng mãi đến năm 2005, bộ xử lý lõi kép đầu tiên cho người dùng mới xuất hiện trên máy tính để bàn của họ. Intel đã đánh cắp ví của AMD trước một vài tuần với Intel Pentium Extreme Edition 840 với HiperThreading, sau đó xuất bản AMD Athlon X2.

Sau đó, các nhà sản xuất đã chạy và bắt đầu giới thiệu hạt nhân một cách bừa bãi, với việc thu nhỏ các bóng bán dẫn. Hiện tại, quy trình sản xuất dựa trên các bóng bán dẫn chỉ 7nm được AMD triển khai trong Ryzen thế hệ thứ 3 và 12nm do Intel triển khai. Với điều này, chúng tôi quản lý để giới thiệu số lượng lõi và mạch lớn hơn trong cùng một chip, do đó làm tăng sức mạnh xử lý và giảm tiêu thụ. Trên thực tế, chúng tôi có tới bộ xử lý 32 lõi trên thị trường, đó là Threadrippers của AMD.

Chúng ta cần gì để tận dụng lõi của bộ xử lý

Logic có vẻ rất đơn giản, chèn lõi và tăng số lượng quá trình đồng thời. Nhưng lúc đầu, đây là một vấn đề đau đầu thực sự đối với các nhà sản xuất phần cứng và đặc biệt là các nhà sáng tạo phần mềm.

Và là các chương trình được thiết kế (biên dịch) chỉ để làm việc với kernel. Chúng ta không chỉ cần một bộ xử lý có khả năng thực hiện nhiều hoạt động đồng thời, chúng ta còn cần chương trình tạo ra các hướng dẫn này có thể thực hiện bằng cách giao tiếp với từng lõi có sẵn. Ngay cả các hệ điều hành cũng phải thay đổi kiến ​​trúc để có thể sử dụng hiệu quả nhiều lõi cùng một lúc.

Theo cách này, các lập trình viên đã bắt tay vào làm việc và bắt đầu biên dịch các chương trình mới với sự hỗ trợ đa lõi, do đó, hiện tại, một chương trình có khả năng sử dụng hiệu quả tất cả các lõi có sẵn trên máy tính. Do đó nhân các luồng thực hiện với số lượng cần thiết. Bởi vì, ngoài lõi, khái niệm luồng thực thi cũng xuất hiện.

Trong bộ xử lý đa lõi, điều cần thiết là phải song song hóa các quy trình mà chương trình thực hiện, điều này ngụ ý rằng mỗi hạt nhân quản lý để thực hiện một nhiệm vụ song song với nhau, và lần lượt từng bước một. Phương pháp tạo các tác vụ khác nhau đồng thời từ một chương trình được gọi là luồng xử lý, luồng công việc, luồng hoặc đơn giản là Chủ đề bằng tiếng Anh. Cả hệ điều hành và các chương trình phải có khả năng tạo các luồng xử lý song song để tận dụng toàn bộ sức mạnh của bộ xử lý. Điều này rất cao khi thiết kế CAD, chỉnh sửa video hoặc các chương trình làm rất tốt, trong khi các trò chơi có cách để đi.

Các chủ đề của một bộ xử lý là gì? Sự khác biệt với hạt nhân

HyperThreading và SMT

Kết quả của những điều trên, các công nghệ của các nhà sản xuất bộ xử lý xuất hiện. Nổi tiếng nhất trong số đó là HyperThreading mà Intel bắt đầu sử dụng trong các bộ xử lý của mình và sau đó AMD sẽ thực hiện nó bằng công nghệ CMT trước, sau đó tiến hóa thành SMT (Đa luồng đồng thời).

Công nghệ này bao gồm sự tồn tại của hai lõi trong một, nhưng chúng sẽ không phải là lõi thực, mà là logic, một thứ mà trong lập trình được gọi là xử lý luồng hoặc luồng. Chúng tôi đã nói về nó trước đây. Ý tưởng là để phân chia, một lần nữa, khối lượng công việc giữa các lõi, phân đoạn từng tác vụ sẽ được thực hiện trong các luồng để chúng được thực thi khi một lõi miễn phí.

Có những bộ xử lý chỉ có hai lõi, ví dụ, nhưng có 4 luồng nhờ các công nghệ này. Intel sử dụng nó chủ yếu trong các bộ xử lý Intel Core và CPU máy tính xách tay hiệu suất cao của mình, trong khi AMD đã triển khai nó trên toàn bộ phạm vi của bộ xử lý Ryzen.

HyperThreading là gì?

Làm thế nào để biết bộ xử lý của tôi có bao nhiêu lõi

Chúng ta đã biết lõi là gì và các luồng là gì và tầm quan trọng của chúng đối với bộ xử lý đa lõi. Vì vậy, điều cuối cùng chúng ta còn lại là biết làm thế nào để biết bộ xử lý của chúng ta có bao nhiêu lõi.

Bạn nên biết rằng đôi khi Windows không phân biệt giữa lõi và luồng, vì chúng sẽ xuất hiện với tên của lõi hoặc bộ xử lý, ví dụ như trong công cụ "msiconfig". Nếu chúng ta mở Trình quản lý tác vụ và đi đến phần hiệu năng, chúng ta có thể thấy một danh sách nơi xuất hiện số lượng lõi và bộ xử lý logic của CPU. Nhưng đồ họa sẽ được hiển thị cho chúng ta sẽ trực tiếp là các lõi logic, giống như các lõi xuất hiện trong Trình theo dõi hiệu suất nếu chúng ta mở nó.

Làm thế nào để biết bộ xử lý của tôi có bao nhiêu lõi

Kết luận và liên kết thú vị

Chúng tôi đi đến cuối cùng, và chúng tôi hy vọng chúng tôi đã giải thích một cách xứng đáng bộ xử lý đa lõi là gì và các khái niệm quan trọng nhất liên quan đến chủ đề này. Hiện tại có những quái vật thực sự với tối đa 32 lõi và 64 luồng. Nhưng để bộ xử lý hoạt động hiệu quả, không chỉ số lượng lõi và tần số của chúng là quan trọng, mà còn là cách nó được xây dựng, hiệu quả của các bus dữ liệu và giao tiếp cũng như cách thức hoạt động của các lõi của nó, và ở đây Intel tuân theo đi trước AMD. Chúng tôi sẽ sớm thấy Ryzen 3000 mới hứa hẹn sẽ vượt trội hơn các bộ xử lý máy tính để bàn mạnh nhất của Intel, vì vậy hãy theo dõi các đánh giá của chúng tôi.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi hoặc quan điểm nào về chủ đề này, hoặc muốn làm rõ điều gì đó, chúng tôi mời bạn làm như vậy bằng cách sử dụng hộp bình luận bên dưới.