reklama

Jeden procesor (ne)bude stačit každému

Doba jednojádrových procesorů pomalu doznívá, standardem se pomalu stávají vícejádrové procesory a také programovatelné grafické čipy. Jaká nás čeká budoucnost?

Ještě před několika lety se v běžných domácích počítačích a noteboocích vyskytovaly pouze jednojádrové procesory. Postupem času se však díky honbě za nejvyšší frekvencí nakonec snadno ukázaly hranice současné technologie. Dočkali jsme se prvních dvoujádrových, tříjádrových, čtyřjádrových a nyní také šestijádrových procesorů. I to nám však nevystačí věčně.

Jeden procesor a jedno jádro

Klasické procesory s jedním jádrem byly na domácích počítačích velmi dlouhou dobu, jejich výkon v drtivé většině případů stačil na tehdejší (i některé dnešní) konkrétní nároky a používané aplikace, i když jistě mnoho z vás vzpomíná na převod hudebního cédéčka do formátu MP3, který trval klidně celou noc. Tyto náročné úlohy však prováděli především nadšenci, kteří tvoří velmi malou část uživatelů.

Klepněte pro větší obrázek

V době starších operačních systémů, které nepodporovaly multitasking, byla situace jednoduchá, vždy totiž běžel pouze jeden program či vlákno. Moderní operační systémy však pracují se spousty vlákny, které se starají o správný chod všech služeb a součástí, jež systém využívá. Když k tomu přidáte jednotlivé spuštěné programy a jejich vlákna, stačí jedno velmi náročné vlákno daný jednojádrový procesor je bez problému zahlcen.

Hyper-Threading

Z důvodu nárůstu využití počítače jako multimediálního zařízení, na kterém lze s výkonným procesorem stříhat video či hromadně upravovat fotky, vyvinula společnost Intel technologii Hyper-Threading (později vylepšený SMT), která v některých případech dokáže efektivněji přepínat mezi jednotlivými vlákny a zároveň mnohem více využít procesorový čas a volné prostředky. V operačním systému se jeden fyzický procesor tváří jako dva logické, mezi které systém rozděluje jednotlivá vlákna. Zvýšení výkonu je teoreticky malé, v případě optimalizací se však Intel chlubí zrychlením až o desítky procent. V některých situacích, kdy je efektivní zpracovat vlákno najednou, se však může dostavit i zpomalení.

 Klepněte pro větší obrázek Klepněte pro větší obrázek 
Hyper-Threading a SMT

Dva logické procesory se tak vůbec nemohou výkonově srovnávat s plnohodnotnými dvěma fyzickými procesory. Hyper-Threading poskytuje jen mírné zvýšení výkonu jednoho jádra, přičemž většinou pouze ve specifických situacích. Dva procesory na základní desce však nejsou příliš efektivní, proto se díky stále větším nárokům na výkon objevily první dvoujádrové procesory, které zprvu vlastně obsahovaly dva „slepené“ procesory.

Vícejádrové procesory

První dvoujádrové procesory pro desktopové počítače byly představeny teprve v roce 2005, omezení frekvence a nutnost vyššího výkonu se jinak vyřešit nedala. Dvoujádrový procesor obsahuje dvě jádra, která sice v počátku byla spíše jako dva samostatné fyzické procesory, později se však dostalo na jednolitý design, který je efektivnější a nabízí řadu výhod v rámci společného využití prostředků nebo výkonu.

Na počítači však již pouze nepíšeme v textovém editoru a díky mnoha programům, které neustále běží v systému nebo náročným multimédiím, jež se pomalou přesouvají do prohlížeče se spoustou běžících oken s flash obsahem, však některým přestala stačit i dvě jádra. Pouhý pět let po uvedení dvoujádrového procesoru pro běžné počítače se navíc s prvními dvoujádry setkáme už i v mobilních „chytrých“ telefonech, které už nejsou jen pouhé prostředky pro hlasovou komunikaci, ale velmi univerzální multimediální zařízení.

Klepněte pro větší obrázek
Intel Nehalem-EX

Další zvyšování počtu jader bylo nasnadě, přišly tříjádrové, čtyřjádrové a šestijádrové procesory, příští rok se setkáme s prvními osmijádrovými procesory pro desktop. Operační systém sice zpracovává velmi mnoho vláken současně, většinou se však nejedná o náročné úlohy.

Zde přichází problém s paralelizací jednotlivých programů či kompletních operačních systémů. Některé programy nebo úlohy nelze paralelizovat, tedy rozdělit zpracování mezi několik částí pro jednotlivá jádra, ale jsou omezeny pro zpracování vcelku. Pro tyto účely vyvinul Intel (později i AMD) technologii Turbo Boost, která dle potřeby přetaktuje jedno z jader nad běžnou frekvenci (v rámci zachování TDP) a urychlí tak zpracování jednovláknových aplikací.

Programování paralelních programů je sice v některých případech mnohem těžší nebo nemožné, u spousty náročných multimediálních programů a výpočtů to je však běžná záležitost (komprese, převod videa, fotek, antivirová kontrola, herní fyzika, grafika a podobně).

Grafický čip v procesoru

Nejnovější grafické čipy se vyznačují především specializací na paralelní výpočty (původně určené pro rychlé zpracování stále náročnější grafiky), obsahují tak stovky až tisíce jednoduchých procesorů, které se postupně stávají univerzálnější i pro běžné výpočty, které dosud počítal pouze procesor.

Klepněte pro větší obrázek 
Blokové schéma čipu Nvidia Fermi

Využití velkého počtu slabých (v celkovém výkonu však mnohem výkonnějších) procesorů tak v poslední době zaznamenává velký rozmach, samotná Nvidia navrhla čip Fermi právě pro rozšířené možnosti použití a pro různé paralelní výpočty, které jsou i na vícejádrovém procesoru velmi pomalé. Jak jsme vás informovali, o tento vysoký výkon, který by mohl přinést skokové zvýšení výkonu superpočítačů, se zajímá i agentura pro výzkum pokročilých obranných systémů (více se dozvíte zde).

Univerzální hybrid

AMD již příští rok představí takzvané APU, které bude kombinovat procesor i grafický čip na jednom křemíku (současné integrované grafické čipy v Intel procesorech jsou „oddělené“). Tento grafický čip by přitom měl dosahovat výkonu středně výkonné grafiky, spekuluje se o podobnosti s grafickou kartou ATI Radeon HD 5500 s 400 stream procesory. To přinese nejen odstranění některých omezujících vlivů sběrnice, ale také postupný a plynulý přechod na perfektní hybridní čip.

První verze APU, stejně jako architektura Sandy Bridge od Intelu, sice přinese jednolitý čip, pokud však bude chtít programátor využít stovky „grafických“ jader pro nějaký druh paralelního výpočtu, bude muset využít velkých optimalizací a konkrétních rozhraní. V příští generaci, alespoň podle plánů AMD, se počítá s mnohem větší samostatností čipu, který chytře rozdělí jednotlivá vlákna a výpočty dle druhu. To s sebou sice nese jistá omezení, ale ve výsledku je situace z pohledu programátora mnohem snazší.

Klepněte pro větší obrázek 
AMD APU

Pro jednoduchou představu, kontrolu antivirové programu, akceleraci 4K nebo Quad HD 3D videa, potažmo celého obrazu, přenechá tisícům malých procesorů, které tyto úkoly zpracují v extrémně krátkém čase, přičemž ostatní programy, jež nelze paralelizovat, nechá zpracovat klasickému procesorovému jádru s velkým výkonem.

Podobnost s mozkem čistě náhodná

Náš mozek má velmi podobné rozložení, pravá hemisféra se specializuje na paralelní výpočty (zpracování obrazu, prostoru, pocitů, emocí, signálů z jednotlivých smyslů atp., neboli co se děje právě teď), zatímco levá hemisféra zpracovává informace za sebou, metodicky a krok za krokem (řeč, logika, porovnávání, minulost-budoucnost, inteligence atd.). Tato odlišnost je jedním z hlavních důvodů, proč je rozdělen na dva samostatné celky, které jsou samozřejmě propojeny svazky axonů s velmi vysokou propustností.

Klepněte pro větší obrázek

Míří budoucnost těchto hybridních čipů stejným směrem, tedy rozdělení na paralelní a sériovou část, které vyžadují jiné uspořádání, přičemž se bude jednat pouze o jeden čip? Na to si určitě všichni rádi počkáme..

Témata článku: Hardware, Intel, AMD, Procesory, Hyper

57 komentářů

Nejnovější komentáře

  • Martin Husak 23. 9. 2010 16:04:27
    Zaujimavy clanok aj diskusia. :) A to sme sa zatial nebavili ani o...
  • bjbj 14. 8. 2010 7:21:59
    To, že vícejádrové procesory mají budoucnost už v přítomnosti jsem si...
  • Matěj Mareček 13. 8. 2010 22:04:08
    Vývojové týmy si to nenechávají pro sebe (je spousta videí a publikací na...
reklama
Určitě si přečtěte

UPC překopli páteřní kabel. V Brně i druhý den nejede internet ani kabelovka

UPC překopli páteřní kabel. V Brně i druhý den nejede internet ani kabelovka

** V Brně byl velký výpadek služeb UPC ** Důvodem je překopnutý páteřní kabel ** V některých lokalitách služby stále nefungují

5.  12.  2016 | Jakub Čížek | 104

17 expertek Microsoftu předpovědělo rok 2027. Splní se alespoň něco?

17 expertek Microsoftu předpovědělo rok 2027. Splní se alespoň něco?

** Zmizí klasické vyhledávače ** Budeme programovat buňky ** Kvantové počítače překonají šifry

6.  12.  2016 | Jakub Čížek | 36

11 tipů na dobrý stolní počítač: od základu po herní mašiny

11 tipů na dobrý stolní počítač: od základu po herní mašiny

** Postavte si stolní počítač! Máme pro vás 11 vzorových sestav s rozpisem komponent ** Většina tipů cílí na hráče, věnujeme se ale i základnímu PC a počítačům na střih videa ** Nadělte si nový počítač třeba pod stromeček

5.  12.  2016 | Adam Kahánek | 74

Nejlepší notebooky nad 20 tisíc: poradíme, které teď chcete

Nejlepší notebooky nad 20 tisíc: poradíme, které teď chcete

** V notebooku s cenou nad 20 tisíc nesmí chybět kvalitní displej a rychlé úložiště ** Za dalších deset tisíc můžete dostat navíc styl nebo výkonnější komponenty ** Vybírat můžete z různých velikostí i konstrukcí

8.  12.  2016 | Stanislav Janů | 87

Technosféra naší Země má už hmotnost 30 bilionů tun

Technosféra naší Země má už hmotnost 30 bilionů tun

** Vědci odhadli přibližné množství strukturu vytvořených člověkem, které jsou na Zemi ** Přibližný odhad je, že tyto struktury mají dohromady hmotnost kolem 30 bilionů tun ** Jak to ovliní biosféru?

Včera | Karel Javůrek | 10


reklama