Processador multinucli: què és i per a què serveix

La tònica general és trobar-nos dins d'un ordinador personal un processador multinucli, així que, si encara no saps del que estem parlant, és hora que coneguis aquests processadors. De fet, porten amb nosaltres gairebé una dècada, bridándonos cada vegada més potència i major capacitat per a manejar informació, convertint la nostra màquina en veritables centres de dades amb escriptori.

Índex de continguts

Els processadors de diversos nuclis van revolucionar el mercat, primer per al consum de grans empreses i datacenter, i després per la majoria de gent, saltant així a una nova era d'equips d'alt rendiment. Fins i tot els nostres Smartphone compten amb processadors multinucli.

Quina és la funció de l'processador en un ordinador

Però abans de començar a veure de què tracta tot això dels processadors multinucli, val la pena refrescar una mica la memòria, definint per a què serveix realment un processador. Potser us sembla una tonteria a hores d'ara, però no tots coneixen aquest imprescindible component en l'era actual, i ja és hora.

El processador, CPU o unitat central de processament, consisteix en un circuit electrònic dissenyat a partir de transistors, portes lògiques i línies amb senyals elèctrics capaç d'executar tasques i instruccions. Aquestes instruccions són generades mitjançant un programa informàtic i la interacció (o no) d'un ésser humà o fins i tot d'altres programes. D'aquesta manera som capaços de realitzar tasques productives basades en dades a través dels ordinadors.

Un ordinador i qualsevol altre aparell electrònic, no es podria concebre sense la presència d'un processador. Podrà ser més o menys complex, però tot dispositiu capaç de realitzar una tasca concreta, necessita aquesta unitat per convertir els senyals elèctrics en dades, i fins i tot en tasques físiques, com cadenes de muntatge útils per a l'ésser humà.

Què és el nucli d'un processador

Com qualsevol altre component, un processador està format per diferents elements al seu interior. A aquesta combinació d'elements en diem arquitectura, i la que actualment tenim dins el processador del nostre ordinador és la x86, un conjunt de codis, paràmetres i components electrònics, que combinats, són capaços de dur a terme el càlcul d'aquestes instruccions simplement fent operacions lògiques i aritmètiques.

Estructura interna CPU

El nucli o core d'un processador és la unitat, o circuit integrat que s'encarrega de processar tota aquesta informació. Compost de milions de transistors dotats d'una estructura lògica funcional, és capaç de manejar la informació que entra, en forma d'operands i operadors per generar els resultats que permeten treballar als programes. Es tracta llavors, de l'entitat bàsica d'un processador.

Perquè us soni, el nucli d'un processador està compost d'aquests elements principals:

• Unitat de control (UC): s'encarrega de dirigir de forma sincronitzada el funcionament de l'processador, en aquest cas de l'nucli. Imparteix ordres en forma de senyals elèctrics als diferents components (CPU, memòria RAM, perifèrics) perquè treballin de forma sincronitzada. Unitat aritmètic-lògica (ALU): s'encarrega de realitzar totes les operacions lògiques i aritmètiques amb nombres enters amb les dades que li arriben Registres: els registres són les cel·les que permeten emmagatzemar les instruccions que s'estan executant i els resultats de l'operació efectuada.

Perquè serveixen més nuclis

La carrera dels fabricants per tenir el producte més potent i més veloç sempre ha existit, i en l'electrònica no és diferent. En el seu moment, va ser tota una fita aconseguir crear un processador amb una freqüència de més d'1 GHz. Per si no ho sabeu, els GHz mesuren la quantitat d'operacions que un processador és capaç de realitzar

GHz: que és i per a què serveix un Gigahercio en informàtica

La carrea per tenir més GHz

El primer processador en arribar a 1 GHz va ser el DEC Alpha el 1992, però pel que fa a CPU per a ordinadors personals, no va ser fins a 1999 quan Intel, amb el seu Pentium III i AMD, amb el seu Athlon van construir processadors que van arribar a aquestes xifres. En aquest moment els fabricants només tenien una cosa en ment, "com més GHz millor", ja que més operacions podrien arribar-se a realitzar per unitat de temps.

Passats uns anys, els fabricants van trobar un límit en la quantitat de GHz dels seus processadors, per què? doncs a causa de l'enorme quantitat de calor que es generava en el seu nucli, posant a el límit la integritat dels materials i dels dissipadors utilitzats. De la mateixa manera, el consum es disparava per cada Hz que s'augmentava la freqüència.

La cursa per tenir més nuclis

Arribats fins a aquest límit, els fabricants van haver de fer un canvi de paradigma, i és així com va sorgir la nova meta, "com més nuclis millor". Pensem, si és el nucli l'encarregat de fer les operacions, llavors augmentant el nombre de nuclis podrem duplicar, triplicar,… el nombre d'operacions que es pot fer. Evidentment és així, amb dos nuclis podrem fer dues operacions alhora, i amb quatre podrem fer 4 d'aquestes operacions.

Intel Pentium Extreme Edition 840

Va quedar enrere la fita que es va imposar Intel d'arribar als 10 GHz amb la seva arquitectura NetBurst, alguna cosa que fins a l'actualitat no s'ha aconseguit, al menys no amb els sistemes de refrigeració a l'abast de la majoria de gent. Llavors la millor manera d'aconseguir una bona escalabilitat en potència i capacitat de processament era aquesta, tenir processadors d'un cert nombre de nuclis i més a una determinada freqüència.

Es van començar a implementar processadors de doble nucli, bé fabricant dos processadors individuals, o molt millor, integrar dues DIE (circuits) en un sol xip. Estalviant així molt espai en les plaques base, encara requerint una major complexitat per a la implementació de la seva estructura de comunicació amb els altres components, com memòria cau, busos, etc.

Els primers processadors amb més d'un nucli

En aquest punt és força interessant saber quins van ser els primers processadors multinucli que van aparèixer al mercat. I com podreu imaginar-vos, els inicis van ser com sempre, per a ús corporatiu en servidors, i també com sempre IBM. El primer processador multinucli va ser l'IBM POWER4 amb dos nuclis en un sol DIE i una freqüència base de 1, 1 GHz, fabricant-se en l'any 2001.

Però no va ser fins a 2005 quan van sorgir els primers processadors dual core per consum massiu per usuaris en els seus ordinadors d'escriptori. Intel li va robar la cartera a AMD per unes setmanes d'avançament amb la seva Intel Pentium Extreme Edition 840 amb HiperThreading, publicant després l'AMD Athlon X2.

Després d'això, els fabricants van agafar impuls i començar a introduir nuclis de forma indiscriminada, amb la consegüent miniaturització dels transistors. En l'actualitat, el procés de fabricació se situa en transistors de tan sols 7 nm implementats per AMD en el seu 3ª generació de Ryzen, i de 12 nm implementats per Intel. Amb això aconseguim introduir en un mateix xip major quantitat de nuclis i circuits, augmentant així la potència de processament i disminuint el consum. De fet, tenim al mercat processadors de fins a 32 nuclis, que són els Threadripper d'AMD.

Què necessitem per treure-li partit als nuclis d'un processador

La lògica sembla molt senzilla, ficar nuclis i augmentar la quantitat de processos simultanis. Però a el principi això va ser un veritable mal de cap per als fabricants de maquinari i sobretot per als creadors de programari.

I és que els programes estaven dissenyats (compilats) només per funcionar amb un nucli. No només necessitem que un processador físicament sigui capaç de fer múltiples operacions simultànies, també necessitem que el programa que genera aquestes instruccions, pugui fer-ho comunicant-se amb cada un dels nuclis disponibles. Fins i tot els sistemes operatius van haver de canviar la seva arquitectura per a ser capaços d'utilitzar de forma eficient diversos nuclis de forma simultània.

D'aquesta manera, els programadors es van posar mans a l'obra i van començar a compilar els nous programes amb suport multinucli, de manera que actualment, un programa és capaç d'utilitzar de forma eficient tots els nuclis que hi hagi disponibles a l'ordinador. Multiplicant així els fils d'execució a la quantitat necessària. Perquè si, a més de nuclis, també va aparèixer el concepte de fil d'execució.

En un processador multinucli és fonamental la paral·lelització dels processos que executa un programa, això implica que cada nucli aconsegueix executar una tasca de forma paral·lela a un altre, i de forma consecutiva, una darrere l'altra. A aquest mètode de crear diferents tasques de forma simultània d'un programa, se l'anomena fils de processos, fils de treball, subprocessos o simplement Threads en anglès. Tant el sistema operatiu com els programes, han de ser capaços de crear fils de processos paral·lels per aprofitar tota la potència de l'processador. Això és alt que els programes de disseny, edició de vídeo o CAD fan molt bé, mentre que els jocs, tot i que els queda un camí per recórrer.

Què són els fils d'un processador? Diferències amb els nuclis

HyperThreading i SMT

En conseqüència de l'anterior, apareixen les tecnologies pròpies dels fabricants de processadors. La més famosa entre elles és el HyperThreading que Intel va començar a utilitzar en els seus processadors, i més tard ho faria AMD en els seus amb la tecnologia CMT primer, i després amb una evolució a SMT (Simultaneous Multi-Threading).

Aquesta tecnologia consisteix en l'existència de dos nuclis en un de sol, però no seran nuclis reals, sinó lògics, una cosa que en programació s'anomena fils de processament o threads. Ja hem parlat abans d'això. La idea és dividir, un cop més, la càrrega de treball entre nuclis segmentant cadascuna de les tasques a realitzar en subprocessos perquè es vagin executant quan un nucli estigui lliure.

Hi processadors que compten amb només dos nuclis, per exemple, però tenen 4 threads gràcies a aquestes tecnologies. Intel la utilitza principalment en els seus processadors d'alt rendiment Intel Core i en les CPU dels portàtils, mentre que AMD l'ha implementat en tota la seva gamma de processadors Ryzen.

Què és el HyperThreading?

Com saber quants nuclis té la meva processador

Ja sabem què són els nuclis i què són els fils i la seva importància per a un processador multinucli. Així que l'últim que ens queda és saber com saber quants nuclis té el nostre processador.

Heu de saber que Windows de vegades no diferencia entre nuclis i fils, ja que apareixeran amb el nom de nuclis o processadors, per exemple en l'eina "msiconfig". Si obrim l'Administrador de tasques, i ens dirigim a l'apartat de rendiment, podrem veure una llista on apareix el recompte de nuclis i de processadors lògics de la CPU. Però les gràfiques que se'ns mostraran seran directament la dels nuclis lògics, a l'igual que les que apareixen en el Monitor de rendiment si l'obrim.

Com saber quants nuclis té la meva processador

Conclusió i enllaços interessants

Arribem a al final, i esperem haver explicat de forma digna què és un processador multinucli, i els conceptes més importants relacionats amb el tema. En l'actualitat existeixen veritables monstres amb fins a 32 nuclis i 64 threads. Però perquè un processador sigui eficaç, no només és important la quantitat de nuclis i la seva freqüència, sinó també com estigui construït, l'eficiència de les seves busos de dades i la comunicació i la forma de treballar dels seus nuclis, i aquí Intel segueix un pas per davant que AMD. Aviat veurem els nous Ryzen 3000 que prometen superar els processadors d'escriptori més potents d'Intel, així que romaneu atents a les nostres review.

Si tens algun dubte o apunt sobre el tema, o vols aclarir alguna cosa, et convidem a que ho facis mitjançant la caixa de comentaris de sota.