Multicore Mania

Denne artikel er del 1 af en todelt serie; del 2 udkommer fredag ​​den 16. december.

Når du ikke kan få en mikroprocessor til at køre hurtigere, hvad gør du så? Du kombinerer selvfølgelig to eller flere mikroprocessorkerner.

Intel og AMD, de største industririvaler, har allerede introduceret dual-core chips til stationære pc'er. Og det er kun starten på en tendens, der kan bringe en vigtig ændring til pc'er: multicore-behandling. Begge disse førende chipproducenter håber at kunne pakke fire kerner i desktop-pc-chips inden 2007. Og Intel-forskere undersøger, hvordan man kan sætte tiere eller endda hundreder af kerner på en enkelt chip.

Både chipproducenter og pc-producenter har brug for multicore-chips af en vigtig grund: de er løbet tør for ydeevne-hovedplads på eksisterende designs. (I årevis har chipproducenter tilføjet transistorer og skruet op for clock-hastigheder for at få processorer til at køre hurtigere. Men clock-hastigheder kan kun øges så meget, før en chip udstråler for meget varme inde i pc-kabinettet.)

Men hvorfor har den gennemsnitlige pc-bruger brug for to, fire eller otte kerner på en chip? Til at begynde med tænk multitasking. Jeg kalder multitasking for den tavse 'killer app', siger Shane Rau, programleder for halvlederforskning hos markedsundersøgelsesfirmaet IDC. I dag er alle de apps, vi bruger, nikkel-og-dæmper processoren ihjel.

De fleste individuelle applikationer kører allerede godt – alene. Men som enhver Windows-bruger ved, vil kørsel af flere programmer samtidigt, f.eks. et tekstbehandlingsprogram, lydafspiller og antivirussoftware, i sidste ende få det uønskede timeglas til at dukke op. Multicore-behandling kan afslutte denne venteperiode.

Ydermere, givet nutidens stadigt skiftende sikkerhedstrusler, vil multitaskingkravene kun stige, siger brancheobservatører. De fleste mennesker vil fortsætte med at bruge flere applikationer samtidigt, mens pc'er bliver nødt til at køre flere sikkerhedsprogrammer i baggrunden bare for at beskytte sig selv.

Især streaming af lyd- og videoopgaver kan hæmme mikroprocessorressourcer. Intel mener, at flere kerner vil være meget bedre til opgaver som at downloade video fra en pc til en personlig medieafspiller. Og Intels kommende multicore-processorer kører køligere end originalerne - hvilket kan føre til innovative notebook- og desktop-pc-coversdesigns. Virksomhedens dual-core chip, med tilnavnet Yonah, skal debutere i begyndelsen af ​​2006.

På det internationale forbrugerelektronikudstilling i Las Vegas i næste måned planlægger den taiwanske pc-producent AOpen at demonstrere en Yonah-drevet maskine på størrelse med Apples Mac mini-desktop-computer, som måler 17 centimeter bred, 17 centimeter dyb og 5 centimeter høj. Yonah spillede en stor rolle i Apples nylige beslutning om at købe Intel-chips, ifølge Kevin Krewell, chefredaktør for In-Stat's Mikroprocessor rapport , fordi Yonah vil aktivere hurtigere Powerbook-notebooks.

Fejl i første runde

Tidlige dual-core chips, såsom Intels Pentium D, fik blandede anmeldelser - primært fordi deres præstationsgevinster var uimponerende, når de kørte software designet til traditionelle single-core processorer. For virkelig at udnytte kraften ved dual-core eller multicore chips skal softwareapplikationer skrives eller omskrives for at drage fordel af to eller flere kerner, en proces kaldet multithreading.

Programmører har allerede indbygget multithreading i Windows XP, Linux og Mac OS X-operativsystemerne, så de kan kaste kraften fra én CPU på systembaggrundsopgaver og den anden CPU på f.eks. en krævende applikation som visning af video. På den anden side har mange applikationsleverandører, inklusive spilproducenter, ikke revideret deres applikationer endnu.

Vi har multi-threaded software i skalerbare serverapplikationer i dag, men det er sjældnere i klientapplikationer til stationære computere, siger Krewell. Adobe har omfavnet multithreading til software til oprettelse af indhold, inklusive Adobe Photoshop; men de fleste andre applikationssoftwarevirksomheder har ikke gjort det endnu.

Også denne første runde chips – inklusive AMDs Athlon 64 X2 Dual-Core og Intels Pentium D – producerer stadig mere varme, end designere kunne tænke sig. Det tvinger de dobbelte kerner til at skralde sig selv ned til tider og køre med mindre end deres potentielle topurhastigheder. Så faktisk gør gamere og andre brugere af højintensive applikationer ofte klogt i at bruge en pc baseret på en kraftig single-core chip som AMDs Athlon 64 FX.

En større bølge af multitrådede applikationer vil ankomme, når Microsofts Windows Vista-operativsystem udsendes i efteråret 2006, siger IDCs Rau.

Lige så vigtigt er det, at den næste generation af Intel dual-core-chips vil trække mindre strøm - og holde dem kølige uden at gå på kompromis. Kodenavnet Conroe til desktops, Merom til notebooks og Woodcrest til servere, skulle disse chips også debutere i efteråret 2006.

Otte er nok?

Multicore-design vil ifølge både Intel og AMD være den dominerende mikroprocessortrend i dette årti og fremover. I 2007 planlægger begge virksomheder at tilbyde quad-core mikroprocessorer til desktop pc'er til forbrugere. Og Intel kunne introducere otte-kerne-chips allerede i 2008, forudser nogle analytikere.

Du skal time introduktionen af ​​hardwaren med softwaren, siger Phil Hester, AMDs teknologichef. At gå til to kerner er et ret godt svar for mange apps i dag.

Da AMD planlægger sine fremtidige chips, inklusive quad-core, skal den balancere chipproduktionsomkostninger og softwarefordele. For eksempel kan en chip med tre kerner og en stor mængde cache-hukommelse give mere valuta for pengene end en fire-core chip, siger Hester. Det skyldes, at mange applikationer, inklusive krævende programmer som Adobe Photoshop, gør brug af cachehukommelse til at fremskynde opgaver. Det kan give mere mening for os at bruge på færre kerner og inkludere mere cache, siger Hester.

En anden mulighed, der kan give brugere af multicore-maskiner en stor tilbagebetaling af ydeevne, er specialiserede kerner designet til at udmærke sig ved visse opgaver, f.eks. grafik, web-browsing eller sikkerhedsopgaver. Du har måske en kerne, der kører din XML-stream, mens en anden udfører standard-pc-arbejdet, siger Hester og nævner, at AMD undersøger denne form for design.

At montere flere kerner i en mikroprocessor er dog kun starten på de designudfordringer, som hardware- og softwarevirksomheder vil stå over for i multithreading-æraen. Den hurtigste processor i verden vil stadig vente, hvis et systems hovedhukommelse ikke kan holde trit med det. Og dette problem vil vokse, hvis en chip har hundredvis af kerner.

Kommer i morgen: Vi ser nærmere på hardware- og softwareudfordringerne med flere kerner. Hvilke forhindringer skal overvindes, før multicore-behandling kan indfri sit løfte?

Laurianne McLaughlin er en teknologiskribent baseret i Boston-området.

skjule