コプロセッサーとは何ですか？

すべてのコンピューターの中心には、 CPU. The 中央処理装置 重要なハードウェアです。それはあなたのコンピュータ上のオペレーティングシステムとすべてのプログラムを実行します。 CPUは汎用プロセッサとして設計されています。その性質上、すべてを処理できるはずです。

ただし、CPUは、その汎用性を失うことなく特定のタスク用に最適化できないため、一部のタイプのワークロードにはあまり適していません。または、絶望的に大きく、複雑になり、高価になります。さらに、どのCPUも、一度に大量のデータと処理しか処理できません。コプロセッサーは、これらのシナリオの一方または両方を実行するように明示的に設計された2番目の処理装置です。

コプロセッサーは、コンピューター内の2番目の処理装置にすぎません。一部のシナリオでは、これらは一部のサーバーと同じマザーボード上のデュアル物理CPUである可能性があります。ハイパフォーマンスコンピューティングおよびスーパーコンピューティングのシナリオでは、これらの汎用コプロセッサーはPCIeアドインカードにもあります。コプロセッサーは、多くの場合、汎用プロセッサーではなく、特定のタスクに焦点を合わせています。これらのタスク固有のプロセッサは、マザーボードに直接接続することも、PCIeアドインカードなどの別のドーターボードに含めることもできます。

最初のコプロセッサー

最初のコプロセッサーは比較的単純でした。これらは、メインフレームコンピュータのI/Oまたは入出力を処理するように設計されています。問題は、I/O処理がCPUにとって非常に時間のかかるタスクであったことでした。ただし、実際の処理タスクは比較的単純でした。したがって、それを処理するプロセッサを作成するのに十分なほど安価でした。コプロセッサーはI/Oを効率的に取得しましたが、CPUは単純なI / Oパラメーターを発行し、プロセッサー時間を解放し、システムパフォーマンスを向上させる必要がありました。

オリジナルのIBMPCには、オプションの浮動小数点演算コプロセッサーが含まれていました。当時のCPUは、ソフトウェアでこのタイプの計算を実行しました。これは低速ですが、ほとんどのユーザーに必要とされるまれなケースでは十分に機能していました。ただし、コンピュータ支援設計（CADシステム）では、このタイプの数学が常に使用されていました。浮動小数点演算をコプロセッサーに分離することにより、必要なときに速度が向上しただけでなく、ハードウェアアクセラレーションに対応しますが、それを必要としないユーザーは、ハードウェアアクセラレーションなしでシステムを購入することでコストを節約できます。コプロセッサー。

最終的に、これらの単純なコプロセッサーの機能はCPUアーキテクチャーに統合されました。これは、部分的には継続的なCPU開発の自然な結果ですが、CPUクロック速度が上がるにつれて単純な同期を継続することの難しさに関連しています。これらのCPUとコプロセッサーは75MHzで十分に動作しましたが、今日のGHz周波数では、大幅な時間遅延、消費電力、および無線周波数干渉の問題が発生します。これらの問題により、CPUと最新のコプロセッサーの間でより複雑な信号システムが必要になりました。

GPU

GPUまたはグラフィックスプロセッシングユニットは、おそらくコプロセッサの最もよく知られている形式です。これらは、グラフィックスレンダリングの高度に並列化可能なワークロード用に最適化されるように設計されています。 CPUは、ソフトウェアまたは統合グラフィックチップを使用してこのタスクを実行できます。ただし、最新のGPUの高性能を提供するには、GPUダイ全体をCPUダイに統合する必要があります。

これにより、CPUのコストと複雑さが大幅に増加し、発熱量も大幅に増加します。統合グラフィックスチップは、すでにかなりの量のCPUダイスペースを占めています。それらは、熱出力のためにCPUの全体的な速度を低下させる可能性があります。

サウンドカード

歴史的に、CPUはオーディオ信号を処理できましたが、それは素晴らしいものではありませんでした。結果として生じるオーディオアーティファクトとスタティックは、サウンドカードの作成につながりました。これらはオーディオ入力および出力ポートを提供し、サウンドカード自体で実際のオーディオ処理を実行します。これにより、信号の分離とサウンド出力の品質が大幅に向上しました。一部のサウンドカードはまだ存在しますが、マザーボードに直接統合されたサウンド処理として、最近のコンピューターではまったく不要です。 CPUは、サウンドカードの全盛期よりもはるかに優れています。

NPU

比較的最近のタイプのコプロセッサーは、NPUまたはニューラルプロセッシングユニットです。これらは、AIワークロードを実行または加速するように設計されています。高レベルのNPUはGPUと非常によく似ていますが、AIワークロードに固有の最適化があります。 AIワークロードのパフォーマンスが、通常のユーザーがスマートフォンやコンピューターで使用するものになるにつれて、これらはより一般的になる可能性があります。

統合コプロセッサー

最新のCPUは、さまざまな形式のコプロセッサをCPUダイまたはアーキテクチャ全体に直接統合します。これは、CPUの他の部分と同じシリコンにエッチングされた統合グラフィックスチップで簡単に確認できます。ただし、実際の処理はCPUコアによって実行されません。 AMDのRyzenCPUには、チップレットとコンピューターの他の部分との間の通信を処理する別個のI/Oダイもあります。一部の最新のモバイルデバイスには、AI処理用のNPUも付属しています。

結論

コプロセッサは、CPUがプライマリプロセッサであるコンピューティングデバイス内のセカンダリ、ターシャリ、クォータナリなどのプロセッサです。システム内のコプロセッサーの数に制限はありません。ただし、ソフトウェア/ハードウェアのサポート、熱放散、物理的スペース、およびコストがすべて影響します。

コプロセッサーは、最適化された状態で実行することにより、特定のタスクの両方で全体的なパフォーマンスを向上させるCPUのタスクを処理しますファッション、および他のタスクでは、CPUが最適化されていない状態でタスクを実行する処理能力を浪費する必要性を否定することによってファッション。時間の経過とともに、テクノロジーが進歩するにつれて、多くのコプロセッサーがCPUに統合されます。ただし、一部のシナリオでは、電力と熱の制限によりこれが制限されます。