В основі кожного комп’ютера ви знайдете ЦП. The Центральний процесор є критичним апаратним забезпеченням. Він запускає операційну систему та всі програми на вашому комп’ютері. Центральні процесори розроблені як процесори загального призначення. За своєю природою вони повинні бути в змозі впоратися з усім.
Однак процесори не дуже добре справляються з деякими типами робочих навантажень, оскільки їх апаратне забезпечення загального призначення не можна оптимізувати для конкретних завдань, не втрачаючи його загального призначення. Або стати безнадійно великим, складним і дорогим. Крім того, будь-який центральний процесор зможе одночасно обробляти лише стільки даних. Співпроцесор — це другий блок обробки, спеціально призначений для виконання одного або обох цих сценаріїв.
Співпроцесор — це просто другий процесор у комп’ютері. У деяких сценаріях це може бути подвійний фізичний ЦП на тій самій материнській платі, що й на деяких серверах. У сценаріях високопродуктивних обчислень і суперкомп’ютерів ці співпроцесори загального призначення також можна знайти на платах надбудови PCIe. Співпроцесор часто орієнтований на конкретне завдання, а не на процесор загального призначення. Ці процесори для певних завдань можна приєднати безпосередньо до материнської плати або включити до окремої дочірньої плати, як додаткова карта PCIe.
Перші співпроцесори
Перші співпроцесори були відносно простими. Вони були розроблені для обробки вводу-виводу або вводу-виводу для мейнфреймів. Проблема полягала в тому, що обробка вводу-виводу була дуже трудомістким завданням для ЦП. Фактичне завдання обробки, однак, було відносно простим. Тож було досить дешево зробити процесор, який міг би це впоратися. У той час як співпроцесор ефективно здійснював введення-виведення, ЦП мав видавати прості параметри вводу-виводу, звільняючи процесорний час і підвищуючи продуктивність системи.
Оригінальний IBM PC включав додатковий арифметичний співпроцесор з плаваючою комою. Процесори того часу виконували цей тип математики в програмному забезпеченні, яке було повільним, але достатньо функціональним для рідкісних випадків, коли це було необхідно більшості користувачів. Однак автоматизоване проектування, або системи САПР, постійно використовували цей тип математики. Розділивши арифметику з плаваючою комою на співпроцесор, швидкість не тільки збільшилася, коли це було необхідно, завдяки до апаратного прискорення, але користувачі, яким воно не було потрібно, могли заощадити гроші, купивши систему без нього співпроцесор.
Зрештою, ці прості співпроцесори мали свої функції, інтегровані в архітектуру ЦП. Частково це є природним результатом безперервного розвитку ЦП, але також пов’язано з труднощами в продовженні простої синхронізації, оскільки тактова частота ЦП зростає. Хоча ці процесори та співпроцесори працювали досить добре на частоті 75 МГц, на сьогоднішніх частотах ГГц виникали б значні затримки, енергоспоживання та проблеми з радіочастотними перешкодами. Ці проблеми викликали необхідність у складніших системах сигналізації між центральними процесорами та сучасними співпроцесорами.
GPU
Графічний процесор або графічний процесор є, мабуть, найвідомішою формою співпроцесора. Вони розроблені для оптимізації для високого розпаралелювання робочого навантаження візуалізації графіки. ЦП можуть виконувати це завдання програмно або за допомогою інтегрованого графічного чіпа. Однак, щоб запропонувати високу продуктивність сучасних графічних процесорів, їм потрібно було б інтегрувати весь графічний процесор у кристал центрального процесора.
Це значно збільшило б вартість і складність процесора, а також значно збільшило б тепловироблення. Інтегровані графічні чіпи вже займають достатню кількість процесорного кристала. Вони можуть знизити загальну швидкість ЦП через тепловіддачу.
Звукова карта
Історично процесори могли обробляти аудіосигнали, але не були фантастичними в цьому. Виниклі звукові артефакти та статика призвели до створення звукових карт. Вони забезпечуватимуть аудіовхідні та вихідні порти та виконуватимуть фактичну обробку аудіо на самій звуковій карті. Це значно підвищило ізоляцію сигналу та якість вихідного звуку. Хоча деякі звукові карти все ще існують, вони абсолютно непотрібні в сучасних комп’ютерах, оскільки інтегрована обробка звуку безпосередньо на материнських платах. Процесори набагато кращі, ніж у період розквіту звукових карт.
НПУ
Відносно недавнім типом співпроцесора є NPU або блок нейронної обробки. Вони призначені для виконання або прискорення робочих навантажень ШІ. NPU на високому рівні дуже схожі на GPU, лише з оптимізацією, специфічною для навантажень AI. Оскільки робоче навантаження штучного інтелекту стає все більш частиною того, що звичайні користувачі використовують на смартфонах і комп’ютерах, вони, ймовірно, стануть більш поширеними.
Інтегровані співпроцесори
Сучасні ЦП інтегрують багато форм співпроцесорів безпосередньо в загальну матрицю або архітектуру ЦП. Це можна легко побачити за допомогою вбудованих графічних чіпів, вигравіруваних у той самий кремній, що й решта процесора. Однак фактична обробка не виконується ядрами ЦП. У процесорах AMD Ryzen також є окрема матриця вводу-виводу, яка забезпечує зв’язок між мікросхемами та рештою комп’ютера. Деякі сучасні мобільні пристрої також постачаються з NPU для обробки AI.
Висновок
Співпроцесор — це вторинний, третинний, четвертинний тощо процесор в обчислювальному пристрої, де центральний процесор є основним процесором. Кількість співпроцесорів у системі не обмежена. Однак підтримка програмного/апаратного забезпечення, розсіювання тепла, фізичний простір і вартість відіграватимуть свою роль.
Співпроцесор виконує завдання для ЦП, які підвищують загальну продуктивність як у конкретному завданні, виконуючи його в оптимізованому режимі. моди та інших завдань, заперечуючи необхідність ЦП витрачати свою обчислювальну потужність на виконання завдання в неоптимізованому режимі. мода. З часом багато співпроцесорів інтегруються в ЦП у міру розвитку технологій. Однак обмеження потужності та температури обмежують це в деяких сценаріях.