בליבו של כל מחשב, תמצא את מעבד. ה יחידת עיבוד מרכזית היא חומרה קריטית. זה מריץ את מערכת ההפעלה ואת כל התוכניות במחשב שלך. מעבדים מתוכננים כמעבדים לשימוש כללי. מעצם טבעם, הם אמורים להיות מסוגלים להתמודד עם הכל.
עם זאת, מעבדים אינם טובים במיוחד בכמה סוגי עומסי עבודה מכיוון שלא ניתן לבצע אופטימיזציה של החומרה המיועדת למטרות כלליות עבור משימות ספציפיות מבלי לאבד את האופי הייעודי הכללי שלה. או להפוך לגדולים, מורכבים ויקרים ללא תקנה. בנוסף, כל מעבד יהיה מסוגל להתמודד רק עם כל כך הרבה נתונים ועיבוד בבת אחת. מעבד שותף הוא יחידת עיבוד שנייה שתוכננה במפורש לקחת את אחד מהתרחישים הללו או את שניהם.
מעבד שותף הוא פשוט יחידת עיבוד שנייה בתוך מחשב. בתרחישים מסוימים, אלה יכולים להיות מעבד פיזי כפול באותו לוח אם כמו בשרתים מסוימים. בתרחישי מחשוב עתירי ביצועים ומחשוב-על, ניתן למצוא את המעבדים-השותפים לשימוש כלליים גם בכרטיסי תוספות PCIe. המעבד המשנה מתמקד לרוב במשימה ספציפית ולא במעבד למטרות כלליות. ניתן לחבר מעבדים ספציפיים למשימה ישירות ללוח האם או לכלול אותם בלוח בת נפרד כמו כרטיס תוספת PCIe.
המעבדים הראשונים
מעבדי המשנה הראשונים היו פשוטים יחסית. הם תוכננו להתמודד עם ה-I/O או הקלט והפלט עבור מחשבי מיינפריים. הבעיה הייתה שעיבוד I/O היה משימה שלוקחת זמן רב עבור ה-CPU. משימת העיבוד בפועל, לעומת זאת, הייתה פשוטה יחסית. אז זה היה זול מספיק כדי ליצור מעבד שיטפל בזה. בעוד שהמעבד לקח את ה-I/O ביעילות, ה-CPU נאלץ להנפיק פרמטרים פשוטים של I/O, פינוי זמן מעבד והגברת ביצועי המערכת.
המחשב המקורי של IBM כלל מעבד שותף אריתמטי אופציונלי של נקודה צפה. המעבדים של היום ביצעו סוג זה של מתמטיקה בתוכנה שהייתה איטית אך פונקציונלית מספיק עבור המקרים הנדירים בהם היה צורך עבור רוב המשתמשים. עם זאת, עיצוב בעזרת מחשב, או מערכות CAD, השתמשו בסוג זה של מתמטיקה ללא הרף. על ידי הפרדת אריתמטיקה של הנקודה הצפה למעבד משותף, לא רק שהוגדלו המהירויות בעת הצורך, תודה להאצת חומרה, אך משתמשים שלא היו זקוקים לכך יכולים לחסוך כסף על ידי רכישת מערכת ללא מעבד שותף.
בסופו של דבר, למעבדי-השותפים הפשוטים הללו הפונקציות שלהם שולבו בארכיטקטורת ה-CPU. זו בחלקה תוצאה טבעית של פיתוח מעבד מתמשך אך קשורה גם לקשיים בהמשך הסנכרון הפשוט ככל שמהירויות השעון של המעבד עולות. בעוד שמעבדים ומעבדים שותפים אלה פעלו מספיק טוב ב-75 מגה-הרץ, יהיו בעיות עיכוב זמן, צריכת חשמל והפרעות בתדר רדיו עצום בתדרי ה-GHz של היום. בעיות אלו חייבו מערכות איתות מורכבות יותר בין מעבדים ומעבדי שותפים מודרניים.
GPU
ה-GPU או יחידת העיבוד הגרפית היא כנראה הצורה הידועה ביותר של המעבד המשנה. הם נועדו להיות אופטימליים לעומס העבודה הניתן להקבלה של עיבוד גרפי. מעבדים יכולים לבצע משימה זו בתוכנה או עם שבב גרפי משולב. עם זאת, כדי להציע את הביצועים הגבוהים של מעבדי GPU מודרניים, הם יצטרכו לשלב את ה-GPU כולו ב-CPU.
זה יגדיל באופן מסיבי את העלות והמורכבות של מעבד ויגדיל באופן משמעותי גם את ייצור החום. שבבי גרפיקה משולבים כבר תופסים כמות נכבדת של שטח המעבד. הם יכולים להפחית את המהירות הכוללת של המעבד בגלל תפוקת החום שלהם.
כרטיס קול
מבחינה היסטורית, מעבדים יכלו לעבד אותות אודיו אבל לא היו פנטסטיים בזה. חפצי האודיו והסטטיים שהתקבלו הובילו ליצירת כרטיסי קול. אלה יספקו יציאות קלט ופלט אודיו ויבצעו את עיבוד השמע בפועל בכרטיס הקול עצמו. זה הגדיל באופן משמעותי את בידוד האות ואת איכות פלט הצליל. בעוד שכרטיסי קול מסוימים עדיין קיימים, הם מיותרים לחלוטין במחשבים מודרניים כעיבוד קול משולב ישירות על לוחות אם. המעבדים הרבה יותר טובים מאשר בתקופת הזוהר של כרטיסי הקול.
NPU
סוג חדש יחסית של מעבד שותף הוא NPU או Neural Processing Unit. אלה נועדו לבצע או להאיץ עומסי עבודה של AI. NPUs ברמה גבוהה די דומים ל-GPUs, רק עם אופטימיזציות ספציפיות לעומסי עבודה של AI. ככל שביצועי עומס העבודה בינה מלאכותית הופכים להיות דבר שמשתמשים רגילים משתמשים בו בסמארטפונים ובמחשבים, סביר להניח שהם יהפכו נפוצים יותר.
מעבדים משולבים
מעבדים מודרניים משלבים צורות רבות של מעבד שותף ישירות לתוך המעבד או הארכיטקטורה הכוללת. ניתן לראות זאת בקלות עם שבבים גרפיים משולבים שנחרטו באותו סיליקון כמו שאר המעבד. עם זאת, העיבוד בפועל אינו מבוצע על ידי ליבות המעבד. במעבדי Ryzen של AMD, יש גם תבנית I/O נפרדת המטפלת בתקשורת בין שבבים לשאר המחשב. כמה מכשירים ניידים מודרניים מגיעים גם עם NPUs לעיבוד AI.
סיכום
מעבד שותף הוא מעבד משני, שלישוני, רבעוני וכו' בהתקן מחשוב שבו ה-CPU הוא המעבד הראשי. אין הגבלה למספר המעבדים המשתפים במערכת. עם זאת, תמיכת תוכנה/חומרה, פיזור חום, שטח פיזי ועלות ישחקו כולם תפקיד.
מעבד שותף מטפל במשימות עבור ה-CPU המשפרות את הביצועים הכוללים במשימה הספציפית על ידי ביצועה בצורה אופטימלית אופנה, ובמשימות אחרות, על ידי שלילת הצורך של המעבד לבזבז את כוח העיבוד שלו בביצוע המשימה בצורה לא אופטימלית אופנה. עם הזמן, מעבדי שותפים רבים משתלבים במעבדים עם התקדמות הטכנולוגיה. עם זאת, מגבלות כוח ותרמיות מגבילות זאת בתרחישים מסוימים.