В сърцето на всеки компютър ще намерите процесор. The Централен процесор е критичен хардуер. Той изпълнява операционната система и всички програми на вашия компютър. Централните процесори са проектирани като процесори с общо предназначение. По самата си природа те трябва да могат да се справят с всичко.
Процесорите обаче не са много добри при някои типове работни натоварвания, тъй като техният хардуер с общо предназначение не може да бъде оптимизиран за конкретни задачи, без да загуби характера си с общо предназначение. Или стават безнадеждно големи, сложни и скъпи. Освен това всеки CPU ще може да обработва само толкова много данни и обработка наведнъж. Копроцесорът е втори процесор, изрично проектиран да изпълнява един или и двата сценария.
Копроцесорът е просто втори процесор в компютъра. В някои сценарии това може да бъде двоен физически процесор на същата дънна платка, както в някои сървъри. В сценариите за високопроизводителни изчисления и суперкомпютри тези копроцесори с общо предназначение могат да бъдат намерени и на PCIe допълнителни карти. Копроцесорът често е фокусиран върху конкретна задача, а не като процесор с общо предназначение. Тези специфични за задачите процесори могат да бъдат прикрепени директно към дънната платка или включени в отделна дъщерна платка като PCIe карта за добавяне.
Първите копроцесори
Първите копроцесори бяха относително прости. Те са проектирани да управляват I/O или Input и Output за мейнфрейм компютри. Проблемът беше, че I/O обработката беше много времеемка задача за процесора. Действителната задача за обработка обаче беше относително проста. Така че беше достатъчно евтино да се направи процесор, който да се справи с него. Докато копроцесорът поемаше I/O ефективно, процесорът трябваше да издава прости I/O параметри, освобождавайки процесорно време и повишавайки производителността на системата.
Оригиналният IBM PC включваше допълнителен аритметичен копроцесор с плаваща запетая. Централните процесори на деня изпълняваха този тип математика в софтуер, който беше бавен, но достатъчно функционален за редките случаи, необходими за повечето потребители. Въпреки това компютърно подпомогнатият дизайн или CAD системите постоянно използват този тип математика. Чрез разделянето на аритметиката с плаваща запетая върху копроцесор, скоростите не само бяха увеличени, когато е необходимо, благодаря към хардуерно ускорение, но потребителите, които не се нуждаят от него, могат да спестят пари, като закупят система без копроцесор.
В крайна сметка функциите на тези прости копроцесори са интегрирани в архитектурата на процесора. Това отчасти е естествен резултат от непрекъснатото развитие на процесора, но също така е свързано с трудностите при продължаване на простата синхронизация, тъй като тактовите честоти на процесора се увеличават. Докато тези процесори и копроцесори работеха достатъчно добре при 75MHz, щеше да има огромно забавяне във времето, консумация на енергия и проблеми с радиочестотни смущения при днешните GHz честоти. Тези проблеми наложиха по-сложни сигнални системи между централните процесори и съвременните копроцесори.
GPU
GPU или графичният процесор е може би най-известната форма на копроцесор. Те са проектирани да бъдат оптимизирани за силно паралелизируемото работно натоварване на рендирането на графики. Централните процесори могат да изпълняват тази задача в софтуер или с интегриран графичен чип. За да предложат високата производителност на съвременните графични процесори обаче, те ще трябва да интегрират цялата графична матрица в матрицата на процесора.
Това би увеличило значително цената и сложността на процесора и значително ще увеличи производството на топлина. Интегрираните графични чипове вече заемат доста място в матрицата на процесора. Те могат да намалят общата скорост на процесора поради тяхната топлинна мощност.
Звукова карта
В исторически план процесорите можеха да обработват аудио сигнали, но не бяха фантастични в това. Получените аудио артефакти и смущения доведоха до създаването на звукови карти. Те ще осигурят аудио входни и изходни портове и ще извършат действителната аудио обработка на самата звукова карта. Това значително увеличи изолацията на сигнала и качеството на изходния звук. Докато някои звукови карти все още съществуват, те са напълно ненужни в съвременните компютри като интегрирана обработка на звука директно на дънните платки. Процесорите са много по-добри отколкото в разцвета на звуковите карти.
НПУ
Сравнително скорошен тип копроцесор е NPU или модул за невронна обработка. Те са предназначени да изпълняват или ускоряват натоварвания на AI. NPU на високо ниво са доста подобни на GPU, само с оптимизации, специфични за натоварванията на AI. Тъй като производителността на работното натоварване на AI се превръща в нещо, което обикновените потребители използват на смартфони и компютри, те вероятно ще станат по-често срещани.
Интегрирани копроцесори
Съвременните процесори интегрират много форми на копроцесор директно в цялостната матрица или архитектура на процесора. Това може лесно да се види с интегрирани графични чипове, гравирани в същия силикон като останалата част от процесора. Действителната обработка обаче не се извършва от ядрата на процесора. В процесорите Ryzen на AMD също има отделна I/O матрица, която управлява комуникацията между чиплетите и останалата част от компютъра. Някои съвременни мобилни устройства също идват с NPU за обработка на AI.
Заключение
Копроцесорът е вторичен, третичен, четвъртичен и т.н. процесор в изчислително устройство, където CPU е основният процесор. Няма ограничение за броя на копроцесорите в една система. Въпреки това софтуерната/хардуерната поддръжка, разсейването на топлината, физическото пространство и разходите ще играят роля.
Копроцесорът обработва задачи за CPU, които повишават цялостната производителност както на конкретната задача, като я изпълняват в оптимизиран мода и при други задачи, като отрича необходимостта процесорът да губи процесорната си мощност, изпълнявайки задачата в неоптимизиран мода. С течение на времето много копроцесори се интегрират в централните процесори с напредването на технологиите. Въпреки това ограниченията на мощността и топлината ограничават това в някои сценарии.