マルチコアプロセッサ：それが何で、何のためにあるのか

一般的な傾向は、パーソナルコンピューター内にマルチコアプロセッサーを見つけることです。そのため、私たちが何を話しているのかまだわからない場合は、これらのプロセッサーに出会う時が来ました。 実際、彼らは10年近く私たちと一緒にいて、情報を処理するためのパワーと容量をどんどん増やし、マシンをデスクトップを備えた真のデータセンターに変えています。

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マルチコアプロセッサは、 最初に大企業やデータセンターを利用し 、 次に一般ユーザーを対象に市場に革命をもたらし、高性能機器の新時代に飛び込みました。 私たちのスマートフォンでさえマルチコアプロセッサを持っています。

コンピュータのプロセッサの機能は何ですか

しかし、これがマルチコアプロセッサについてのすべてを理解する前に、少しメモリをリフレッシュして、プロセッサが実際に何のためにあるのかを定義する価値があります。 おそらくこの時点ではばかげているように思われるかもしれませんが、今の時代のこの重要な要素を誰もが知っているわけではありません。

プロセッサ、CPU、または中央処理装置は 、 タスク、命令を実行できる電気信号を備えた トランジスタ 、論理ゲート、ラインから設計された電子回路で構成され ています 。 これらの命令は、コンピュータプログラムと、人間または他のプログラムの相互作用（またはそうではない）によって生成されます。 このようにして、コンピューターを介したデータに基づいて生産的なタスクを実行できます。

コンピュータやその他の電子機器は、プロセッサの存在なしには考えられません 。 多少複雑になる可能性がありますが、特定のタスクを実行できるデバイスでは、電気信号をデータに、さらには人間に役立つ組立ラインなどの物理的なタスクに変換するために、このユニットが必要です。

プロセッサのコアは何ですか

他のコンポーネントと同様に、プロセッサはその内部のさまざまな要素で構成されています。 この要素のアーキテクチャの組み合わせをと呼びます。現在コンピューターのプロセッサ内にあるのはx86です。これは、コード、パラメーター、および電子コンポーネントのセットであり、これらを組み合わせると、これらの命令を簡単に計算できます。論理演算および算術演算。

CPU内部構造

プロセッサのコアは、このすべての情報を処理するユニットまたは集積回路です。 機能的な論理構造を備えた数百万のトランジスタで構成され、入力された情報をオペランドと演算子の形式で処理して、プログラムが機能する結果を生成できます。 つまり、プロセッサの基本エンティティです。

音を出すために、プロセッサのコアは次の主要な要素で構成されています。

• コントロールユニット（UC） ： プロセッサ （この場合はコア） の動作を同期的に指示する役割を果たします 。 異なるコンポーネント（CPU、RAM、周辺機器）に電気信号の形で命令を与え、それらが同期して動作するようにします。 算術論理ユニット（ALU） ：受信したデータを使用して整数ですべての論理演算および算術演算を実行します。 レジスタ ：レジスタは、実行中の命令と実行された演算の結果を格納できるセル。

より多くのコアは何ですか？

最も強力で最速の製品を手に入れようとするメーカーの競争はこれまでに存在しており、電子工学においても同じです。 その当時、 周波数が1 GHzを超えるプロセッサを作成することは画期的なことでした 。 わからない場合は、GHzは、プロセッサが実行できる操作の数を測定します

GHz：コンピューティングにおけるギガヘルツとは何か

より多くのGHzを持つ競争

1 GHzに到達した最初のプロセッサは1992年のDEC Alphaでしたが、パーソナルコンピュータ用のCPUに関しては、 IntelがPentium IIIとAMDを搭載し、Athlon内蔵プロセッサを搭載してこれらの数値に達したのは1999年まででした。 。 現時点では、単位時間あたりにより多くの操作を実行できるため、メーカーは「 GHzが多いほど良い 」という1つのことだけを念頭に置いていました。

数年後、メーカーは自社のプロセッサのGHz数の制限を発見しました、なぜですか？ コアで発生した大量の熱により、使用される材料とヒートシンクの完全性を制限するためです。 同様に、周波数が増加するHzごとに消費がトリガーされました 。

より多くのコアを持つ競争

この限界で、メーカーはパラダイムシフトを行わなければなりませんでした。 そのため 、「 コアが多いほど良い 」という新しい目標が生まれました 。 核が操作を担当している場合、 2倍、3倍、…実行できる操作の数を増やすことができる核の数を増やしてみましょう。 明らかにそうです。2つのコアで2つの操作を同時に実行でき、4つのコアで4つの操作を実行できます。

インテルPentium Extreme Edition 840

IntelがNetBurstアーキテクチャで 10 GHzに到達するという目標を設定しましたが、少なくとも通常のユーザーが利用できる冷凍システムでは、これまで達成されていませんでした。 したがって、電力と処理能力の優れたスケーラビリティを実現する最良の方法は、特定の数のコアと特定の周波数のプロセッサを搭載することでした 。

デュアルコアプロセッサが実装され始め、2つの個別のプロセッサを製造するか、 2つのDIE（回路）をシングルチップに統合するか、はるかに優れています。 したがって、マザーボード上の多くのスペースを節約できますが、キャッシュメモリやバスなど、他のコンポーネントとの通信構造の実装に複雑さを要求します。

複数のコアを備えた最初のプロセッサ

この時点で、市場に登場した最初のマルチコアプロセッサがどれであるかを知ることは非常に興味深いことです。 そして想像できるように、始まりはいつものように、サーバーでの企業使用のためであり、そしていつものようにIBMでもありました。 最初のマルチコアプロセッサは、 1つのDIEに2つのコアを備え、基本周波数が1.1 GHzで、 2001年に製造されたIBM POWER4でした 。

しかし、ユーザーが大量に消費するための最初のデュアルコアプロセッサがデスクトップコンピューターに登場したのは、 2005年まででした。 IntelはHiperThreadingを 搭載したIntel Pentium Extreme Edition 840で数週間前にAMDからウォレットを盗み 、後にAMD Athlon X2を公開しました。

この後、メーカーは試してみて、結果としてトランジスタの小型化に伴い、無差別に核を導入し始めました。 現在、製造プロセスは、第3世代のRyzenでAMDによって実装されたわずか7 nmのトランジスタとIntelによって実装された12 nmのトランジスタに基づいています。 これにより、同じチップに多数のコアと回路を導入できるようになり、処理能力が向上し、消費量が削減されました。 実際、AMDのThreadrippersである32コアプロセッサまでが市場に出ています。

プロセッサーのコアを活用するために何が必要ですか

ロジックは非常にシンプルに見え、コアを挿入して同時プロセスの数を増やします。 しかし、最初はハードウェアメーカーにとって 、 特にソフトウェアクリエーターにとって、これは本当に頭痛の種でした。

そして、プログラムはカーネルでのみ動作するように設計（コンパイル）されたということです。 物理的に複数の同時操作を実行できるプロセッサが必要なだけでなく、 これらの命令を生成するプログラムが、使用可能な各コアと通信することでそれを実行できることも必要です 。 複数のコアを同時に効率的に使用できるようにするには、オペレーティングシステムでもアーキテクチャを変更する必要がありました。

このようにして、プログラマは仕事に取り掛かり、 マルチコアをサポートする新しいプログラムをコンパイルし始めました。その結果、現在、プログラムはコンピューターで利用可能なすべてのコアを効率的に使用できます。 したがって、実行のスレッドを必要な量まで増やします。 なぜなら、コアに加えて、実行のスレッドの概念も登場したからです。

マルチコアプロセッサでは、プログラムが実行するプロセスを並列化することが不可欠です。これは、 各ニュークリアスがタスクを別のと並行して実行し、次々と連続して実行することを意味します 。 プログラムからさまざまなタスクを同時に作成するこの方法は、 プロセススレッド、ワークスレッド、スレッド、または単にスレッドと呼ばれます 。 オペレーティングシステムとプログラムの両方が、プロセッサの能力を最大限に活用するために並列プロセススレッドを作成できる必要があります。 これは、 CAD設計、ビデオ編集、またはプログラムが非常にうまく機能する一方で、ゲームに進む道があることを示しています。

プロセッサのスレッドは何ですか？ 核との違い

ハイパースレッディングとSMT

以上の結果、プロセッサメーカーの技術が登場します。 その中で最も有名なのは、 Intelがプロセッサで使用し始めたハイパースレッディングであり、後にAMDは最初にCMTテクノロジを使用して独自に実行し、次にSMT（同時マルチスレッディング）への進化を伴います。

このテクノロジーは、2つのコアが1つに存在することで構成されていますが、実際のコアではなく、論理的なものであり、プログラミングでは処理スレッドまたはスレッドと呼ばれます。 私たちはすでにそれについて前に話しました。 アイデアは 、もう一度、 コア間でワークロード を分割し 、スレッドで実行される各タスクをセグメント化して、コアが解放されたときに実行されるようにすることです。

たとえば、コアが2つしかないプロセッサもありますが、これらのテクノロジのおかげで4つのスレッドがあります。 Intelは主に高性能Intel CoreプロセッサとラップトップCPUで使用していますが、AMDはRyzenプロセッサの 全範囲に実装してい ます 。

ハイパースレッディングとは何ですか？

プロセッサーに搭載されているコアの数を知る方法

コアとは何か、スレッドとは何か、マルチコアプロセッサにとってのそれらの重要性はすでにわかっています。 したがって、最後に残したのは、プロセッサに搭載されているコアの数を知る方法です。

コアとスレッドは、 たとえば「msiconfig」ツールなどでコアまたはプロセッサの名前で表示されるため、Windowsではコアとスレッドが区別されない場合があることを知っておく必要があります 。 タスクマネージャーを開いてパフォーマンスセクションに移動すると、CPUのコアと論理プロセッサの数が表示されているリストが表示されます。 ただし、表示されるグラフィックスは、 パフォーマンスモニターを開くと表示されるグラフィックスとまったく同じように、論理コアのグラフィックスに直接なります。

プロセッサーに搭載されているコアの数を知る方法

結論と興味深いリンク

最後になりましたが、マルチコアプロセッサとは何か、そしてこの主題に関連する最も重要な概念については、価値ある説明ができていれば幸いです。 現在、最大32個のコアと64個のスレッドを持つ実際のモンスターがあります 。 しかし、プロセッサーが効果的であるためには、コアの数と周波数が重要であるだけでなく、プロセッサーの構築方法 、データバスの効率、コアの通信方法とコアの動作方法も重要です。 AMDの一歩先を行く 。 Intelの最も強力なデスクトッププロセッサよりも優れた性能を発揮する新しいRyzen 3000が間もなく登場するので、レビューをお待ちください。

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