В основе каждого компьютера вы найдете Процессор. Центральное процессорное устройство является критическим аппаратным обеспечением. Он запускает операционную систему и все программы на вашем компьютере. ЦП разработаны как процессоры общего назначения. По самой своей природе они должны быть в состоянии справиться со всем.
Однако процессоры не очень хорошо справляются с некоторыми типами рабочих нагрузок, потому что их аппаратное обеспечение общего назначения нельзя оптимизировать для конкретных задач, не теряя своей универсальности. Или стать безнадежно большим, сложным и дорогим. Кроме того, любой ЦП будет способен обрабатывать только такое количество данных и обрабатывать их одновременно. Сопроцессор — это второй процессор, специально предназначенный для выполнения одного или обоих этих сценариев.
Сопроцессор — это просто второй процессор в компьютере. В некоторых сценариях это может быть двойной физический ЦП на той же материнской плате, что и на некоторых серверах. В сценариях высокопроизводительных вычислений и суперкомпьютеров эти сопроцессоры общего назначения также можно найти на платах расширения PCIe. Сопроцессор часто ориентирован на конкретную задачу, а не на процессор общего назначения. Эти процессоры для конкретных задач могут быть подключены непосредственно к материнской плате или включены в отдельную дочернюю плату, например карту расширения PCIe.
Первые сопроцессоры
Первые сопроцессоры были относительно простыми. Они были разработаны для управления вводом-выводом или вводом-выводом для мейнфреймов. Проблема заключалась в том, что обработка ввода-вывода отнимала у процессора очень много времени. Однако фактическая задача обработки была относительно простой. Так что это было достаточно дешево, чтобы сделать процессор для его обработки. В то время как сопроцессор эффективно выполнял операции ввода-вывода, ЦП должен был выдавать простые параметры ввода-вывода, высвобождая процессорное время и повышая производительность системы.
Оригинальный IBM PC включал дополнительный арифметический сопроцессор с плавающей запятой. ЦП того времени выполняли этот тип математики в программном обеспечении, которое было медленным, но достаточно функциональным для тех редких случаев, когда это было необходимо большинству пользователей. Однако системы автоматизированного проектирования или САПР постоянно использовали этот тип математики. Разделение арифметики с плавающей запятой на сопроцессор не только увеличило скорость, когда это необходимо, благодаря к аппаратному ускорению, но пользователи, которые не нуждались в этом, могли сэкономить деньги, купив систему без сопроцессор.
В конечном итоге эти простые сопроцессоры интегрировали свои функции в архитектуру ЦП. Отчасти это естественный результат непрерывного развития ЦП, но также связано с трудностями продолжения простой синхронизации по мере увеличения тактовой частоты ЦП. Хотя эти ЦП и сопроцессоры достаточно хорошо работали на частоте 75 МГц, на сегодняшних частотах ГГц возникнут огромные задержки, энергопотребление и проблемы с радиочастотными помехами. Эти проблемы потребовали более сложных систем сигнализации между центральными процессорами и современными сопроцессорами.
графический процессор
Графический процессор или графический процессор, вероятно, является самой известной формой сопроцессора. Они оптимизированы для высокопараллелизуемой рабочей нагрузки рендеринга графики. ЦП могут выполнять эту задачу программно или с помощью встроенного графического чипа. Однако, чтобы обеспечить высокую производительность современных графических процессоров, им необходимо интегрировать весь кристалл графического процессора в кристалл центрального процессора.
Это значительно увеличило бы стоимость и сложность ЦП, а также значительно увеличило бы тепловыделение. Интегрированные графические чипы уже занимают довольно много места на кристалле процессора. Они могут снизить общую скорость процессора из-за их тепловыделения.
Звуковая карта
Исторически процессоры могли обрабатывать аудиосигналы, но не очень хорошо. Возникшие звуковые артефакты и помехи привели к созданию звуковых карт. Они будут обеспечивать порты ввода и вывода звука и выполнять фактическую обработку звука на самой звуковой карте. Это значительно повысило изоляцию сигнала и качество вывода звука. Хотя некоторые звуковые карты все еще существуют, в современных компьютерах они совершенно не нужны, так как встроенная обработка звука непосредственно на материнских платах. Процессоры гораздо лучше, чем во времена расцвета звуковых карт.
НПУ
Относительно недавним типом сопроцессора является NPU или модуль нейронной обработки. Они предназначены для выполнения или ускорения рабочих нагрузок ИИ. NPU на высоком уровне очень похожи на GPU, только с оптимизацией, характерной для рабочих нагрузок ИИ. Поскольку производительность рабочей нагрузки ИИ становится все более важной вещью, которую обычные пользователи используют на смартфонах и компьютерах, они, вероятно, станут более распространенными.
Интегрированные сопроцессоры
Современные ЦП интегрируют многие формы сопроцессора непосредственно в общий кристалл или архитектуру ЦП. Это легко увидеть на интегрированных графических чипах, встроенных в тот же кремний, что и остальная часть процессора. Однако фактическая обработка не выполняется ядрами ЦП. В процессорах AMD Ryzen также есть отдельная матрица ввода-вывода, которая обеспечивает связь между чиплетами и остальной частью компьютера. Некоторые современные мобильные устройства также поставляются с NPU для обработки ИИ.
Вывод
Сопроцессор — это вторичный, третичный, четвертичный и т. д. процессор в вычислительном устройстве, где ЦП является основным процессором. Количество сопроцессоров в системе не ограничено. Тем не менее, поддержка программного/аппаратного обеспечения, тепловыделение, физическое пространство и стоимость будут играть свою роль.
Сопроцессор обрабатывает задачи ЦП, которые повышают общую производительность как конкретной задачи, выполняя ее в оптимизированном образом и в других задачах, устраняя необходимость в том, чтобы ЦП тратил впустую свою вычислительную мощность, выполняя задачу в неоптимизированном режиме. мода. Со временем многие сопроцессоры интегрируются в ЦП по мере развития технологий. Однако ограничения по мощности и температуре ограничивают это в некоторых сценариях.