Στην καρδιά κάθε υπολογιστή, θα βρείτε το ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΗΣ. ο Κεντρική μονάδα επεξεργασίας είναι κρίσιμο υλικό. Εκτελεί το λειτουργικό σύστημα και όλα τα προγράμματα στον υπολογιστή σας. Οι CPU έχουν σχεδιαστεί ως επεξεργαστές γενικής χρήσης. Από τη φύση τους, υποτίθεται ότι μπορούν να χειριστούν τα πάντα.
Ωστόσο, οι CPU δεν είναι πολύ καλοί σε ορισμένους τύπους φόρτου εργασίας, επειδή το υλικό γενικής χρήσης τους δεν μπορεί να βελτιστοποιηθεί για συγκεκριμένες εργασίες χωρίς να χάσει τη φύση του γενικού σκοπού. Ή να γίνει απελπιστικά μεγάλο, πολύπλοκο και ακριβό. Επιπλέον, οποιαδήποτε CPU θα μπορεί να χειρίζεται μόνο τόσα πολλά δεδομένα και να επεξεργάζεται ταυτόχρονα. Ένας συνεπεξεργαστής είναι μια δεύτερη μονάδα επεξεργασίας που έχει σχεδιαστεί ρητά για να λαμβάνει ένα ή και τα δύο από αυτά τα σενάρια.
Ένας συμεπεξεργαστής είναι απλώς μια δεύτερη μονάδα επεξεργασίας μέσα σε έναν υπολογιστή. Σε ορισμένα σενάρια, μπορεί να είναι μια διπλή φυσική CPU στην ίδια μητρική πλακέτα όπως σε ορισμένους διακομιστές. Σε σενάρια υπολογιστών υψηλής απόδοσης και υπερυπολογιστών, αυτοί οι συνεπεξεργαστές γενικής χρήσης μπορούν επίσης να βρεθούν σε πρόσθετες κάρτες PCIe. Ο συνεπεξεργαστής εστιάζει συχνά σε μια συγκεκριμένη εργασία παρά σε έναν επεξεργαστή γενικής χρήσης. Αυτοί οι συγκεκριμένοι επεξεργαστές μπορούν να συνδεθούν απευθείας στη μητρική πλακέτα ή να συμπεριληφθούν σε ξεχωριστή θυγατρική κάρτα, όπως μια πρόσθετη κάρτα PCIe.
Οι Πρώτοι Συνεπεξεργαστές
Οι πρώτοι συνεπεξεργαστές ήταν σχετικά απλοί. Σχεδιάστηκαν για να χειρίζονται τις εισόδους/εξόδους ή εισόδους και εξόδους για μεγάλους υπολογιστές. Το πρόβλημα ήταν ότι η επεξεργασία I/O ήταν μια πολύ χρονοβόρα εργασία για την CPU. Η πραγματική εργασία επεξεργασίας, ωστόσο, ήταν σχετικά απλή. Έτσι ήταν αρκετά φθηνό για να φτιάξω έναν επεξεργαστή για να το χειριστεί. Ενώ ο συνεπεξεργαστής έπαιρνε την I/O αποτελεσματικά, η CPU έπρεπε να εκδώσει απλές παραμέτρους I/O, να απελευθερώσει χρόνο επεξεργαστή και να αυξήσει την απόδοση του συστήματος.
Ο αρχικός υπολογιστής της IBM περιλάμβανε έναν προαιρετικό αριθμητικό συνεπεξεργαστή κινητής υποδιαστολής. Οι CPU της εποχής εκτελούσαν αυτό το είδος μαθηματικών σε λογισμικό που ήταν αργό αλλά αρκετά λειτουργικό για τις σπάνιες περιπτώσεις που χρειαζόταν για τους περισσότερους χρήστες. Ωστόσο, η σχεδίαση με τη βοήθεια υπολογιστή, ή τα συστήματα CAD, χρησιμοποιούσαν συνεχώς αυτό το είδος μαθηματικών. Διαχωρίζοντας την αριθμητική κινητής υποδιαστολής σε έναν συνεπεξεργαστή, όχι μόνο αυξήθηκαν οι ταχύτητες όταν χρειαζόταν, χάρη στην επιτάχυνση υλικού, αλλά οι χρήστες που δεν το χρειάζονταν μπορούσαν να εξοικονομήσουν χρήματα αγοράζοντας ένα σύστημα χωρίς το συνεπεξεργαστής.
Τελικά, αυτοί οι απλοί συνεπεξεργαστές είχαν τις λειτουργίες τους ενσωματωμένες στην αρχιτεκτονική της CPU. Αυτό είναι εν μέρει ένα φυσικό αποτέλεσμα της συνεχούς ανάπτυξης της CPU, αλλά σχετίζεται επίσης με δυσκολίες στη συνέχιση του απλού συγχρονισμού καθώς αυξάνονται οι ταχύτητες ρολογιού της CPU. Ενώ αυτές οι CPU και οι συμεπεξεργαστές έτρεχαν αρκετά καλά στα 75 MHz, θα υπήρχε τεράστια χρονική καθυστέρηση, κατανάλωση ενέργειας και προβλήματα παρεμβολών ραδιοσυχνοτήτων στις συχνότητες GHz του σήμερα. Αυτά τα ζητήματα απαιτούσαν πιο πολύπλοκα συστήματα σηματοδότησης μεταξύ των CPU και των σύγχρονων συνεπεξεργαστών.
GPU
Η GPU ή η Μονάδα Επεξεργασίας Γραφικών είναι ίσως η πιο γνωστή μορφή του συνεπεξεργαστή. Έχουν σχεδιαστεί για να βελτιστοποιούνται για τον εξαιρετικά παραλληλιζόμενο φόρτο εργασίας της απόδοσης γραφικών. Οι CPU μπορούν να εκτελέσουν αυτήν την εργασία σε λογισμικό ή με ενσωματωμένο τσιπ γραφικών. Ωστόσο, για να προσφέρουν την υψηλή απόδοση των σύγχρονων GPU, θα πρέπει να ενσωματώσουν ολόκληρο το καλούπι GPU στο καλούπι της CPU.
Αυτό θα αύξανε μαζικά το κόστος και την πολυπλοκότητα μιας CPU και θα αύξανε σημαντικά και την παραγωγή θερμότητας. Τα ενσωματωμένα τσιπ γραφικών καταλαμβάνουν ήδη αρκετό χώρο στην CPU. Μπορούν να μειώσουν τη συνολική ταχύτητα της CPU λόγω της θερμικής τους απόδοσης.
Κάρτα ήχου
Ιστορικά, οι CPU μπορούσαν να επεξεργάζονται σήματα ήχου, αλλά δεν ήταν φανταστικοί σε αυτό. Τα τεχνουργήματα ήχου και η στατική που προέκυψαν οδήγησαν στη δημιουργία καρτών ήχου. Αυτά θα παρέχουν θύρες εισόδου και εξόδου ήχου και θα εκτελούν την πραγματική επεξεργασία ήχου στην ίδια την κάρτα ήχου. Αυτό αύξησε σημαντικά την απομόνωση του σήματος και την ποιότητα της εξόδου ήχου. Ενώ ορισμένες κάρτες ήχου εξακολουθούν να υπάρχουν, είναι εντελώς περιττές στους σύγχρονους υπολογιστές ως ενσωματωμένη επεξεργασία ήχου απευθείας σε μητρικές πλακέτες. Οι CPU είναι πολύ καλύτερες από ό, τι στην εποχή της ακμής των καρτών ήχου.
NPU
Ένας σχετικά πρόσφατος τύπος συνεπεξεργαστή είναι ο NPU ή Νευρωνική Μονάδα Επεξεργασίας. Αυτά έχουν σχεδιαστεί για να εκτελούν ή να επιταχύνουν φόρτους εργασίας AI. Οι NPU σε υψηλό επίπεδο μοιάζουν αρκετά με τις GPU, μόνο με βελτιστοποιήσεις που αφορούν φόρτους εργασίας AI. Καθώς η απόδοση του φόρτου εργασίας της τεχνητής νοημοσύνης γίνεται περισσότερο κάτι που χρησιμοποιούν οι κανονικοί χρήστες σε smartphone και υπολογιστές, αυτά θα γίνουν πιο συνηθισμένα.
Ενσωματωμένοι Συνεπεξεργαστές
Οι σύγχρονες CPU ενσωματώνουν πολλές μορφές συνεπεξεργαστή απευθείας στο συνολικό καλούπι ή την αρχιτεκτονική της CPU. Αυτό μπορεί να φανεί εύκολα με ενσωματωμένα τσιπ γραφικών χαραγμένα στο ίδιο πυρίτιο με την υπόλοιπη CPU. Ωστόσο, η πραγματική επεξεργασία δεν εκτελείται από τους πυρήνες της CPU. Στους επεξεργαστές Ryzen της AMD, υπάρχει επίσης ένα ξεχωριστό καλούπι εισόδου/εξόδου που χειρίζεται την επικοινωνία μεταξύ των chiplet και του υπόλοιπου υπολογιστή. Ορισμένες σύγχρονες κινητές συσκευές διαθέτουν επίσης NPU για επεξεργασία AI.
συμπέρασμα
Ένας συνεπεξεργαστής είναι ένας δευτερεύων, τριτογενής, τεταρτοταγής, κ.λπ., επεξεργαστής σε μια υπολογιστική συσκευή όπου η CPU είναι ο κύριος επεξεργαστής. Δεν υπάρχει όριο στον αριθμό των συνεπεξεργαστών σε ένα σύστημα. Ωστόσο, η υποστήριξη λογισμικού/υλισμικού, η απαγωγή θερμότητας, ο φυσικός χώρος και το κόστος θα παίξουν ρόλο.
Ένας συνεπεξεργαστής χειρίζεται εργασίες για την CPU που ενισχύουν τη συνολική απόδοση και στη συγκεκριμένη εργασία εκτελώντας την σε βελτιστοποιημένη μόδα, και σε άλλες εργασίες, αναιρώντας την ανάγκη της CPU να σπαταλά την επεξεργαστική της ισχύ εκτελώντας την εργασία σε μη βελτιστοποιημένη μόδα. Με την πάροδο του χρόνου, πολλοί συνεπεξεργαστές ενσωματώνονται σε CPU καθώς η τεχνολογία προχωρά. Ωστόσο, τα όρια ισχύος και θερμότητας περιορίζουν αυτό σε ορισμένα σενάρια.