Un procesador multinúcleo es un circuito integrado con dos o más procesadores conectados para un procesamiento simultáneo más rápido de varias tareas, un menor consumo de energía y un mayor rendimiento. Generalmente está formado por dos o más procesadores que leen y ejecutan las instrucciones del programa.
En otras palabras, en un solo chip, un procesador multinúcleo comprende numerosas unidades de procesamiento, o 'núcleos', cada una de las cuales tiene el potencial de realizar distintas tareas. Por ejemplo, si realiza muchas tareas a la vez, como ver una película y usar WhatsApp, un núcleo se encargará de actividades como ver una película mientras que el otro se encargará de otras responsabilidades como WhatsApp.
Una configuración de doble núcleo es comparable a tener varios procesadores diferentes instalados en el mismo ordenador, pero la conexión entre ellos es más rápida porque las dos CPU están conectadas al mismo zócalo. Los núcleos individuales pueden ejecutar varias instrucciones en paralelo, lo que aumenta la velocidad del software creado para hacer uso de las características únicas de la arquitectura.
En comparación con un procesador de un solo núcleo, un procesador de doble núcleo suele ser el doble de potente en circunstancias ideales. En realidad, se esperan ganancias de rendimiento de alrededor del 50%: una CPU de doble núcleo es aproximadamente 1,5 veces más potente que un procesador de un solo núcleo.
A medida que los procesadores de un solo núcleo alcanzan sus límites físicos de complejidad y velocidad, la computación multinúcleo se vuelve más popular. En los tiempos modernos, la mayoría de los sistemas son multinúcleo. Los sistemas de muchos núcleos o masivamente de múltiples núcleos se refieren a sistemas con una gran cantidad de núcleos de CPU, como decenas o cientos.
A principios de la década de 2000, Intel y AMD lanzaron los primeros procesadores multinúcleo. En los tiempos modernos, las CPU vienen con dos ('dual-core'), cuatro ('quad-core'), seis ('hexa-core') y ocho ('octa-core') núcleos ('octo-core'). ). Los procesadores basados en FPGA contienen hasta 100 núcleos físicos y 1000 núcleos independientes efectivos (Field Programmable Gate Arrays).
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Arquitectura del procesador multinúcleo
El diseño de un procesador multinúcleo permite la comunicación entre todos los núcleos disponibles y dividen y asignan todas las tareas de procesamiento de manera adecuada. Los datos procesados de cada núcleo se transmiten de regreso a la placa principal de la computadora (placa base) a través de una única puerta de enlace común una vez que se han finalizado todas las operaciones de procesamiento. Este método supera a una CPU de un solo núcleo en términos de rendimiento total.
Ventajas del procesador multinúcleo
Los procesadores multinúcleo tienen una serie de ventajas (ventajas), que incluyen:
Actuación
Una CPU de varios núcleos, por naturaleza, puede realizar más trabajo en comparación con un procesador de un solo núcleo. El espacio entre los núcleos de un circuito integrado permite velocidades de reloj más rápidas. Como resultado, las señales no necesitan viajar una gran distancia para alcanzar su objetivo y además son persistentes. En comparación con el uso de un procesador independiente, las velocidades son mucho más rápidas.
Fiabilidad
En las CPU multinúcleo, el software siempre se asigna a diferentes núcleos. Cuando una pieza de software falla, los demás no se ven afectados. Siempre que surge un defecto, afecta sólo a un núcleo. Como resultado, las CPU multinúcleo son más capaces de resistir fallos.
Interacciones de software
Incluso si el software se ejecuta en varios núcleos, se comunicarán entre sí. El aislamiento espacial y temporal es un proceso por el que pasa un procesador multinúcleo. Los subprocesos centrales nunca se retrasan como resultado de estos procesos.
Multitarea
Un sistema operativo puede utilizar una CPU multinúcleo para ejecutar dos o más procesos al mismo tiempo, incluso si se pueden ejecutar muchos programas al mismo tiempo. Una aplicación de Photoshop, por ejemplo, se puede utilizar para realizar dos trabajos a la vez.
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El consumo de energía
Por otro lado, la multitarea con una CPU multinúcleo requiere menos energía. Sólo se utilizará la parte de la CPU que genera calor. El consumo de energía finalmente se minimiza, lo que resulta en una menor utilización de la batería. Algunos sistemas operativos, por otro lado, necesitan más recursos que otros.
Evitar la obsolescencia
Los arquitectos pueden evitar la obsolescencia de la tecnología y aumentar la capacidad de mantenimiento mediante el uso de CPU multinúcleo. Los fabricantes de chips están utilizando los avances tecnológicos más recientes en sus CPU multinúcleo. Los chips de un solo núcleo son cada vez más difíciles de conseguir a medida que aumenta el número de núcleos.
Aislamiento
Los procesadores multinúcleo pueden aumentar (pero no garantizan) el aislamiento geográfico y temporal en comparación con los sistemas de un solo núcleo. Es menos probable que el software en un núcleo afecte al software del otro si ambos núcleos se ejecutan en el mismo núcleo único. Este desacoplamiento se produce debido al aislamiento geográfico y temporal (los subprocesos de un núcleo no se retrasan por los subprocesos de otro núcleo). Con la ayuda de limitar el impacto de los errores a un solo núcleo, el procesamiento multinúcleo puede aumentar la solidez. Al ejecutar programas de criticidad mixta por separado, este aislamiento mejorado es muy importante (crítico para la seguridad, crítico para la misión y crítico para la seguridad).
Algunos otros puntos clave de los beneficios del procesador multinúcleo:
- En comparación con los procesadores de un solo núcleo, un procesador multinúcleo tiene el potencial de realizar más tareas.
- Bajo consumo energético al realizar muchas actividades a la vez.
- Los datos tardan menos en llegar a su destino ya que ambos núcleos están integrados en un único chip.
- Con el uso de un circuito pequeño, se puede aumentar la velocidad.
- Detectar infecciones con software antivirus mientras se juega es un ejemplo de multitarea.
- Con el uso de baja frecuencia, puede realizar numerosas tareas al mismo tiempo.
- En comparación con un procesador de un solo núcleo, es capaz de procesar grandes cantidades de datos.
Desventajas de los procesadores multinúcleo
Analizaremos algunas de las limitaciones (inconvenientes) de un procesador multinúcleo, que incluyen:
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Velocidad de aplicación
A pesar de que una CPU multinúcleo está diseñada para realizar múltiples tareas, su rendimiento es insuficiente. Tiene una tendencia a rebotar de un núcleo al siguiente cada vez que se procesa una aplicación. Como resultado, el caché se llena, aumentando su velocidad.
Estar nervioso
Se produce más interferencia a medida que aumenta el número de núcleos en una CPU multinúcleo, lo que provoca vibraciones excesivas. Como resultado, el rendimiento del programa de su sistema operativo puede verse afectado y pueden ocurrir fallas frecuentes. Sólo mediante el uso de una sincronización adecuada y un micronúcleo el usuario podrá lidiar con la inquietud.
Análisis
Cuando esté haciendo dos o más cosas a la vez, necesitará emplear modelos de memoria adicionales. En una máquina multinúcleo, esto dificulta el análisis. Las limitaciones de tiempo, en particular, son difíciles de determinar y pueden ser inexactas.
Además, el análisis de interferencia se vuelve más complejo a medida que aumenta el número de núcleos. En consecuencia, el O/S no podrá producir los resultados prometidos.
El intercambio de recursos
Un procesador multinúcleo comparte una variedad de recursos, tanto internos como externos. Entre estos recursos se encuentran las redes, los buses del sistema y la memoria principal. En consecuencia, cualquier programa que se ejecute en el mismo núcleo tendrá mayores posibilidades de ser interrumpido. En esta forma de interferencia puede producirse aislamiento tanto geográfico como temporal.
Interferencia de software
Debido al intercambio de recursos, la interferencia del software puede causar problemas de aislamiento espacial y temporal. Si hay núcleos adicionales, esta posibilidad aumenta aún más. La presencia de más núcleos implica un mayor número de rutas de interferencia. Es casi imposible examinar todas las posibles vías de interferencia.
Algunos otros puntos clave de limitaciones del procesador multinúcleo:
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- Aunque contiene varios procesadores, no es dos veces más rápido que un procesador simple.
- La tarea de administración es más complicada en comparación con la administración de una CPU de un solo núcleo.
- El rendimiento de un procesador multinúcleo depende completamente de las tareas que ejecutan los usuarios.
- Si otros procesadores exigen procesamiento lineal/secuencial, los procesadores multinúcleo tardan más en procesarse.
- La batería se agota más rápidamente.
- Su consumo de energía es muy alto en comparación con un procesador más simple.
- Además, en comparación con un procesador de un solo núcleo, es más caro.
¿Por qué se utiliza el procesador multinúcleo?
La configuración es similar a un procesador de doble núcleo. Los procesadores multinúcleo se clasifican según la cantidad de núcleos y los tipos de núcleos. El objetivo de una CPU multinúcleo es obtener un gran rendimiento. Fue diseñado para superar las limitaciones físicas de una CPU de un solo núcleo.
Los sistemas operativos compatibles con el procesador multinúcleo incluyen:
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- linux
- Microsoft Windows (Windows XP o superior)
- La mayoría de los sistemas basados en BSD
- Solaris
- Mac OS X
Una breve historia de los procesadores multinúcleo
Debido a que las empresas que crearon los procesadores iniciales basados en chips solo podían colocar un procesador en un solo chip, solo podían colocar un procesador en un solo chip. Los fabricantes de chips pudieron construir chips con más circuitos a medida que avanzaba la tecnología de fabricación de chips y, finalmente, pudieron fabricar chips con más de un procesador, lo que dio como resultado el chip multinúcleo.
En 1998, Kunle Olukotun, profesor de ingeniería eléctrica en Stanford, y sus estudiantes inventaron el primer procesador multinúcleo. Los chips multinúcleo estuvieron disponibles comercialmente por primera vez en 2005 a través de Advanced Micro Devices (AMD) e Intel. Desde entonces, casi todos los fabricantes de chips han comenzado a crear procesadores multinúcleo.
¿Dónde se utilizan los procesadores multinúcleo?
En los tiempos modernos, los procesadores multinúcleo se encuentran en la mayoría de dispositivos como tabletas, computadoras de escritorio, portátiles, teléfonos inteligentes y sistemas de juegos.
Las dos opciones principales proporcionadas demuestran cómo el modelo de un procesador no cuenta toda la historia con respecto al rendimiento. En comparación con un i5 de doble núcleo, el rendimiento de un i5 de cuatro núcleos es sustancialmente superior y el precio del ordenador lo reflejará. Todos los modelos actuales de portátiles para el modelo i5 son de doble núcleo, mientras que todos los modelos de escritorio son de cuatro núcleos al momento de escribir este artículo. Debido a que las versiones de computadoras portátiles son de doble núcleo en lugar de cuatro núcleos, un i5 en una computadora portátil tendrá un rendimiento peor que un i5 en una computadora de escritorio. El tipo de doble núcleo se adapta mejor a las computadoras portátiles que requieren una mayor duración de la batería y consumen menos energía, pero una computadora de escritorio usa una CPU que usa más energía, como el modelo de cuatro núcleos, ya que no requiere duración de la batería. Algunas aplicaciones del procesador multinúcleo son las siguientes:
- Juegos con gráficos altos, como Overwatch y Star Wars Battlefront, así como juegos en 3D.
- El procesador multinúcleo es más apropiado en Adobe Premiere, Adobe Photoshop, iMovie y otros programas de edición de vídeo.
- Solidworks con diseño asistido por ordenador (CAD).
- Alto tráfico de red y servidores de bases de datos.
- Los robots industriales, por ejemplo, son sistemas integrados.