Многоя́дерный проце́ссор - центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.

Среди многоядерных процессоров к данному моменту можно выделить

*процессоры, предназначенные в основном для встраиваемых и мобильных приложений, в которых большое внимание разработчиков было уделено средствам и методам снижения энергопотребления (SEAforth (SEAforth24, seaforth40), Tile (Tile36, Tile64, Tile64pro), AsAP-II, CSX700);

*процессоры для вычислительных или графических станций, где вопросы энергопотребления не столь критичны (графические процессоры, например, процессоры серии g80 от NVIDIA, проект Larrabee от Intel, отчасти сюда можно отнести и процессор Cell от IBM, хотя количество вычислительных ядер у него относительно невысоко);

* процессоры т.н. мейнстрима - предназначенные для серверных, рабочих станций и персональных компьютеров (AMD, Intel, Sun);

• Количество ядер (Количество ядер. Ядро (core) – кристалл кремния площадью примерно один квадратный сантиметр, на котором посредством микроскопических логических элементов реализована принципиальная схема процессора, так называемая архитектура. Каждое ядро воспринимается системой как отдельный, самостоятельный процессоров, со всем необходимым набором функций.)

Тактовая частота (такт - элементарная операция в секунду, которую может выполнить процессор. Следовательно, количество тактов - это показатель, сколько операций в секунду времени способен обработать процессор. Единицей измерения этого параметра являются гигагерцы ГГц.)

Кеш-память (память, непосредственно встроенная в процессор, и используемая для хранения и обращения к часто используемым данным, называется кеш-память. Она делиться на несколько уровней - L1, L2 и L3. Вышестоящий уровень кеш-памяти имеет больший объем, но менее скоростной доступ к данным.)

Разрядность (определяет количество информации, которой может обменяться процессор с оперативной памятью за один такт. Параметр этот измеряется в битах. Параметр разрядности влияет на объем возможной оперативной памяти - 32-х битный процессор может работать только с 4 Гб оперативной памяти.)

Производительность

Потребляемая мощность

Размеры

Стоимость

Классы задач, на которые рассчитаны

Сравнительные характеристики производительности процессоров, потребляемой мощности и скоростей обмена данными представлены в таблицах

(Мфлопс - миллион операций с плавающей точкой в секунду)

Немалый вклад в общую производительность процессора и эффективность его работы вкладывает и структура межъядерных связей и организация подсистемы памяти, в частности кэш-памяти

Процессор CSX700

Архитектура процессора CSX700 была разработана для решения так называемой проблемы массо-габаритных показателей и потребляемой мощности (Size, Weight and Power (SWAP)), которая, как правило, является основной для встраиваемых высокопроизводительных приложений. Путем интегрирования процессоров, системных интерфейсов и встроенной памяти с коррекцией ошибок, CSX700 представляет собой достаточно экономичное, надежное и производительное решение, отвечающее требованиям современных приложений.

Архитектура процессора оптимизирована для работы с применением массового параллелизма данных и спроектирована с высокой степенью эффективности и надежности. Архитектура нацелена на интеллектуальную обработку сигналов и обработку изображений во временной и частотной областях.

Кристалл CSX700 содержит 192 высокопроизводительных процессорных ядра, встроенную буферную память размером 256 кбайт (два банка по 128 кбайт), кэш данных и кэш команд, ECC-защиту внутренней и внешней памяти, встроенный контроллер прямого доступа в память. Для обеспечения накристаль-ной и межкристальной сети используется технология ClearConnect NoC (рис. 11).

Процессор состоит из двух относительно независимых модулей MTAP (MultiThreaded Array Processor - многопотоковый процессорный массив), содержащих кэши инструкций, данных, блоки управления процессорными элементами, и набор из 96 вычислительных ядер (рис. 12).

Рис. 12. Структура MTAP-блока

Каждое ядро имеет двойной блок вычислений с плавающей точкой (сложение, умножение, деление, вычисление квадратного корня, поддерживаются числа одинарной и двойной точности), 6 кбайт высокопроизводительной оперативной памяти, 128-байтный регистровый файл. Поддерживается 64-битное виртуальное адресное пространство и 48-битное реальное.

Технические характеристики процессора:

тактовая частота ядер 250 MГц;

96 ГФлоп для данных двойной или одинарной точности;

поддерживает 75 ГФлоп при тесте перемножения матриц двойной точности (DGEMM);

производительность целочисленных операций 48 ШАОс;

рассеиваемая мощность 9 Вт;

пропускная способность внутренних шин памяти 192 Гбайт/с;

две внешние шины памяти 4 Гбайт/с;

скорость обмена данными между отдельными процессорами 4 Гбайт/с;

интерфейсы PCIe, 2·DDR2 DRAM (64 бита).

Разработанный для систем с низким энергопотреблением, данный процессор работает на относительно низкой тактовой частоте и имеет механизм управления частотой, который позволяет регулировать производительность приложений в условиях определенного энергопотребления и теплового окружения.

CSX700 поддерживается профессиональной средой разработки (SDK) на основе технологии Eclipse с визуальными средствами отладки приложений, базирующейся на оптимизированном компиляторе ANSI C с расширениями для параллельного программирования. В дополнение к стандартной библиотеке С идет набор оптимизированных библиотек с такими функциями, как БПФ, BLAS, LAPACK и др.

Современные процессоры Intel и AMD

Современный рынок процессоров делят два главных конкурента – Intel и AMD.

Процессоры от компании Intel, сегодня считаются самыми производительными, благодаря семейству Core i7 Extreme Edition. В зависимости от модели они могут иметь до 6 ядер одновременно, тактовую частоту до 3300 МГц и до 15 Мб кэш памяти L3. Самые популярные ядра в сегменте настольных процессоров создаются на основе Intel - Ivy Bridge и Sandy Bridge.

В процессорах компании Intel применяются фирменные технологии собственной разработки для повышения эффективности работы системы.

1. Hyper Threading - За счет этой технологии, каждое физическое ядро процессора способно обрабатывать по два потока вычислений одновременно, получается, что число логических ядер фактически удваивается.

2. Turbo Boost - Позволяет пользователю совершить автоматический разгон процессора, не превышая при этом максимально допустимый предел рабочей температуры ядер.

3. Intel QuickPath Interconnect (QPI) - Кольцевая шина QPI соединяет все компоненты процессора, за счет этого сводятся к минимуму все возможные задержки при обмене информацией.

4. Visualization Technology - Аппаратная поддержка решений виртуализации.

5. Intel Execute Disable Bit - Практически антивирусная программа, она обеспечивает аппаратную защиту от возможных вирусных атак, в основе которых лежит технология переполнения буфера.

6. Intel SpeedStep-Инструмент позволяющий изменять уровень напряжения и частоты в зависимости от создаваемой нагрузки на процессор.

Core i7 – на данный момент топовая линия компании

Core i5 – отличаются высокой производительностью

Core i3 – невысокая цена, высокая/средняя производительность

Самые быстрые процессоры фирмы AMD все же медленнее, чем самые быстрые процессоры Intel (данные на ноябрь 2010). Но благодаря своему хорошему соотношению цены и качества, процессоры AMD, в основном для настольных ПК, являются прекрасной альтернативой процессорам Intel.

Для процессоров Athlon II и Phenom II важным является не только тактовая частота, но и количество ядер процессора. Athlon II и Phenom II в зависимости от модели могут иметь два три или четыре ядра. Модель с шестью ядрами – только серия Highend Phenom II.

Большинство современных процессоров созданных компанией AMD по умолчанию поддерживают следующие технологии:

1. AMD Turbo CORE - Эта технология призвана автоматически регулировать производительность всех ядер процессора, за счет управляемого разгона (подобная технология у компании Intel имеет название TurboBoost).

2. AVX (Advanced Vector Extensions), ХОР и FMA4 - Инструмент, имеющий расширенный набор команд, специально созданных для работы с числами с плавающей точкой. Однозначно полезный инструментарий.

3. AES (Advanced Encryption Standard) - В программных приложениях использующих шифрование данных, повышает производительность.

4. AMD Visualization (AMD-V) - Эта технология виртуализации, помогает обеспечить разделение ресурсов одного компьютера между несколькими виртуальными машинами.

5. AMD PowcrNow! - Технология управления питанием. Она помогают пользователю добиться повышения производительности, за счет динамической активации и деактивации части процессора.

6. NX Bit - Уникальная антивирусная технология, помогающая предотвратить инфицирование персонального компьютера определенными видами вредоносных программ.

Использование в ГИС

Геоинформационные системы - многофункциональные средства анализа сведенных воедино табличных, текстовых и картографических данных, демографической, статистической, земельной, муниципальной, адресной и другой информации. Многоядерные процессоры необходимы для быстрой обработки различных видов информации, так как они значительно ускоряют и распределяют работу программ.

ВЫВОД

Переход к многоядерным процессорам становится основным направлением повышения производительности. На данный момент самым распространенным считается 4-х и 6-и ядерные процессоры. Каждое ядро воспринимается системой как отдельный, самостоятельный процессоров, со всем необходимым набором функций. Технология многоядерных процессоров, позволила распараллелить операции вычисления, вследствие чего повысился показатель быстродействия ПК.

http://www.intuit.ru/department/hardware/mcoreproc/15/

http://kit-e.ru/articles/build_in_systems/2010_2_92.php

http://softrew.ru/instructions/266-sovremennye-processory.html

http://it-notes.info/centralnyj-processor/

http://www.mediamarkt.ru/mp/article/AMD,847020.html

Преимущества многоядерных процессоров

Возможность распределять работу программ, например, основных задач приложений и фоновых задач операционной системы, по нескольким ядрам;

Увеличение скорости работы программ;

Процессы, требующие интенсивных вычислений, протекают намного быстрее;

Более эффективное использование требовательных к вычислительным ресурсам мультимедийных приложений (например, видеоредакторов);

Снижение энергопотребления;

Работа пользователя ПК становится более комфортной;

Фактически в каждой отрасли существует разделение продуктов по целевым категориям. Есть масса дешевых продуктов, обладающих базовыми функциями и возможностями; они предназначены для подавляющего большинства пользователей. На небольшую группу экспертов и профессиональных пользователей ориентированы дорогие устройства, с массой тонких настроек и специфическими функциями. А промежуток между этими двумя группами пользователей не так мал, как может показаться на первый взгляд.

В него попадают те люди, которым уже недостаточно возможностей начального уровня; эти пользователи, так сказать, "выросли", и бюджетные продукты их уже не удовлетворяют. С другой стороны, топовая продукция для них достаточно дорога, и в плане опыта они до нее еще "не доросли". И именно для этой группы людей компании выпускают различные продукты среднего уровня, с промежуточным набором функций. И совершенно не имеет значения, о каких именно продуктах идет речь, будь то мобильные телефоны или фотоаппараты (что сейчас уже почти одно и то же), музыкальные центры или автомобили.

Заканчивая эту мысль, хотим подчеркнуть, что многие начинающие пользователи зачастую покупают продукты среднего уровня "на вырост". Иными словами, на начальном этапе они пользуются только базовыми возможностями, но с ростом опыта постепенно задействуют все больший и больший круг функций. Маркетологи на редкость удачно эксплуатируют эту идею, и в некоторых отраслях промышленности продукция средней ценовой категории имеет наибольшее процентное соотношение.

Теперь переходим непосредственно к предмету нашего обзора, а именно - к четырехъядерному процессору Intel Q8300 на ядре Yorkfield. Изначально, все процессоры с четырьмя ядрами предназначались исключительно для рабочих станций, за которыми работают профессиональные пользователи. Последние используют соответствующие их уровню программные пакеты, которые имеют оптимизацию многопоточных вычислений. Для таких пользователей наши рекомендации оставались всегда неизменными: для достижения наивысшей производительности необходимо приобретать самую последнюю платформу (исключение было с NetBurst) и использовать самый быстрый процессор, а также максимально возможный (соответствующий возможностям ОС) объем оперативной памяти.

Однако кроме профессионалов, есть еще масса других пользователей, которые иногда работают с многопоточными программами. Кто-то вечерами изучает новый пакет, кто-то делает "шабашку", а кто-то дома разрабатывает заготовки, чтобы на следующий день закончить их на работе. Именно такие пользователи нуждаются в недорогом процессоре с максимальным количеством ядер.

Еще одна группа пользователей совершенно далека от многопоточности и вообще от компьютеров. Они покупают четырехъядерные процессоры, потому что они "в два раза лучше, чем двухъядерные".

Ситуация, в общем-то, не нова - в свое время так "покупали мегагерцы". Понятно, что реальной пользы от четырех ядер эти покупатели не получают, поскольку подавляющее большинство домашних приложений не оптимизировано под многопоточность. Судите сами: после запуска игры вы вынуждены просмотреть от одного до четырех роликов с логотипами компаний-разработчиков и обладателей лицензий. Еще один ролик может быть вступительным. А после завершения всех роликов игра только начинает загружаться , и делает это достаточно долго. Почему игра не может загружаться параллельно, во время прокрутки роликов? В принципе, ответ понятен: программы без оптимизации разрабатывать куда проще и главное - финансово выгоднее!

Ну да ладно, все это мы уже не раз говорили в том или ином виде. Сейчас обратимся к компании Intel, которая после перехода на 45-нм техпроцесс довольно оперативно насытила рынок четырехъядерными процессорами высшего уровня. После этого Intel стала постепенно выводить на рынок более дешевые четырехъядерники, с несколько урезанным кэшем и относительно невысокими тактовыми частотами.

Первым таким продуктом стал процессор Q8200 на ядре Yorkfield, с тактовой частотой 2,33 ГГц и 1333 МГц шиной QPB. Напомним, что большинство топовых 4-ядерных процессоров серии Q9xxx имеет кэш L2=12 Мб (2х 6 Мб), и только модель Q9300 оснащена L2=6 Мб (2х 3 Мб). И чтобы более дешевые процессоры не обгоняли по скорости более дорогие, Intel продолжила практику "урезания" кэша второго уровня, и для серии Q8xxx его объем установили на уровне 4 Мб (2х 2Мб). Соответственно, "табель о рангах" 4-ядерных процессоров Intel выглядит следующим образом:

Кроме этих спецификаций, у процессоров есть еще один параметр, который постоянно изменяется (до кризиса мы написали бы - понижается). Это розничная цена. Для профессионалов она роли не играет, а вот для полупрофессиональных пользователей еще как играет. Так вот для последних есть хорошие новости: тестовый процессор Q8300 стоит около $230, а его OEM-вариант - около $200! И, грубо говоря, мы получаем четыре процессора с частотой 2,5 ГГц по $50 каждый. С точки зрения профессионалов - это халява.

Итак, халява выглядит следующим образом:

Обратная сторона:

Утилита CPU-Z предоставляет следующую информацию:

В функциональном отношении этот процессор ничем не уступает своим, более старшим, собратьям. То есть процессор поддерживает все расширенные наборы команд, а также все современные технологии Intel в плане энергосбережения. Единственное, что отличает процессоры "восьмой" серии от "девятой", - это отсутствие технологии виртуализации.

Разгон

Несколько слов о разгоне. С одной стороны, процессор Q8300 должен быть весьма привлекательным с точки зрения оверклокинга. В пользу этого предположения говорит тот факт, что частотный потенциал ядра Yorkfield находится в районе 4 ГГц. Причем эту частоту мы достигли еще больше года назад, когда тестировали процессор Core 2 Extreme QX9650 . С тех пор компания Intel наверняка оптимизировала и усовершенствовала технологический процесс, и частотный потенциал возрос.

Однако стоит учитывать и некоторые отрицательные моменты. Во-первых, разгон QX9650 мы осуществляли увеличением множителя, который у данной модели разблокирован. Напротив, у Q8300 множитель заблокирован, а относительно высокая частота системной шины подразумевает довольно низкий штатный множитель. Он, собственно, таким и является, и равен 7,5; к тому же, он еще и заблокирован.

В результате, для разгона до частоты 4 ГГц частота FSB должна быть в районе 533 МГц. Для большинства современных материнских плат данная частота не является чем-то заоблачным: мы постоянно достигаем частот 550 МГц и выше. Однако стоит учитывать, что данные тесты осуществляются с двухъядерным процессором, тогда как процессор с четырьмя ядрами в значительной степени увеличивает нагрузку на системную шину. В результате, оверклокер вынужден значительно увеличивать напряжение на FSB, повышать напряжение PLL и подбирать GTL. И все равно, большинство энтузиастов сталкивается со значительными проблемами в районе частоты 500 МГц. С этими проблемами столкнулись и мы: итоговый результат - стабильная частота FSB равна 480 МГц, что дало результирующую частоту процессора 3,6 ГГц.

С одной стороны, результат можно считать довольно неплохим, поскольку для производства дорогих высокочастотных процессоров Intel использует самые "лучшие ядра", а для дешевых - то, что осталось. С другой стороны, у нас осталось стойкое впечатление, что если бы множитель был разблокирован, мы бы спокойно запустили Q8300 на частоте 4 ГГц.

Производительность

В тестовой системе было использовано следующее оборудование:

Вначале посмотрим на результаты синтетических тестов.

Тесты прикладного ПО.

Кодирование видео (DivX, Xvid) измерялось в секундах, т.е. меньше - это лучше.

Сжатие данных (WinRAR) измерялось в кб/с., т.е. больше - это лучше.

Теперь - тесты игровых программ.

Выводы

С точки зрения производительности, процессор Q8300 занимает именно то место, которое ему отвели маркетологи Intel. То есть он быстрее и дороже процессора Q8200, но медленнее и дешевле остальных четырехъядерных процессоров Intel. И несколько месяцев назад вывод звучал бы так: при выборе 4-ядерного процессора нужно обратить внимание на продукцию Intel и руководствоваться своими финансовыми возможностями.

Однако с выходом новых процессоров AMD Phenom II, ситуация несколько осложнилась, поскольку выбор стал больше, и решить проблему выбора процессора стало труднее. Дело в том, что удельная производительность процессоров AM3 практически такая же, как и у процессоров Intel. И при этом процессоры AMD стоят дешевле. В частности, модель Phenom II X4 805 продается в по цене около $210 (март 2009). Соответственно, наш совет тем пользователям, которые начинают работать с профессиональными программными пакетами, заключается в следующем.

На первом этапе необходимо оценить степень оптимизации используемого ПО под многопоточные вычисление. Если такая оптимизация присутствует, то тогда есть смысл переходить на 4-ядерные процессоры. Затем нужно определить, под какие процессоры оптимизировано используемое ПО, и на основе этого приобрести процессор нужного производителя. И только после этого имеет смысл выбирать конкретную модель процессора, исходя из стоимости.

Тем пользователям, которые планируют разогнать свой процессор, мы хотим еще раз напомнить, что процессоры серии Q8xxx имеют относительно низкие заблокированные множители, и в большинстве случаев вы не сможете достигнуть технологического предела ядра Yorkfield.

Кстати, если разгон в профессиональных рабочих станциях вызывает однозначное осуждение (ибо там важна 100% стабильность), то для домашней системы он только приветствуется. Дело в том, что без существенных финансовых затрат вы можете значительно повысить производительность. При этом потеря данных или результатов вычислений не нанесет существенного вреда, поскольку ваша полупрофессиональная работа является своего рода хобби.