Procesor ali CPU - vse informacije, ki jih morate vedeti

Vsak ljubitelj računalnikov in iger mora poznati notranjo strojno opremo svojega računalnika, zlasti procesorja. Osrednji element naše ekipe, brez nje ne bi mogli ničesar, v tem članku vam povemo vse najpomembnejše koncepte o procesorju, tako da imate splošno predstavo o njegovi uporabi, delih, modelih, zgodovini in pomembnih konceptih.

Kazalo vsebine

Kaj je procesor

Procesor ali CPU (centralna procesna enota) je elektronska komponenta v obliki silikonskega čipa, ki je znotraj računalnika, posebej nameščen na matični plošči prek vtičnice ali vtičnice.

Procesor je element, ki je zadolžen za izvajanje vseh logičnih aritmetičnih izračunov, ki jih ustvarijo programi in operacijski sistem, ki je nameščen na trdem disku ali v centralni shrambi. CPU prevzame navodila iz pomnilnika RAM, da jih obdela, nato pa odgovor pošlje nazaj v pomnilnik RAM in tako ustvari delovni potek, s katerim lahko uporabnik sodeluje.

Prvi mikroprocesor, ki temelji na polprevodniškem tranzistorju, je bil Intel 4004, ki je leta 1971 lahko delal s po 4 bitov naenkrat (strune 4 ničle in ena) za seštevanje in odštevanje. Ta CPU še zdaleč ni 64 bitov, s katerimi lahko zmorejo trenutni procesorji. Je pa to, da smo pred tem imeli le ogromne prostore, polne vakuumskih cevi, ki so služile kot tranzistorji, kot je ENIAC.

Kako deluje procesor

Arhitektura procesorja

Zelo pomemben element, ki ga moramo vedeti o procesorju, je njegova arhitektura in postopek izdelave. So koncepti, bolj usmerjeni v to, kako se fizično izdelujejo, vendar postavljajo smernice za trg in je še en element trženja.

Arhitektura procesorja je v osnovi notranja struktura, ki jo ima ta element. Ne govorimo o obliki in velikosti, ampak o tem, kako se nahajajo različne logične in fizične enote, ki sestavljajo procesor, govorimo o ALU, registrih, nadzorni enoti itd. V tem smislu trenutno obstajata dve vrsti arhitekture: CISC in RISC, dva načina dela na podlagi arhitekture Von Neuman, osebe, ki je leta 1945 izumila digitalni mikroprocesor.

Čeprav je res, da arhitektura ne pomeni le tega, saj trenutno proizvajalci koncept raje sprejemajo s komercialnim interesom, da bi opredelili različne generacije svojih procesorjev. Moramo pa pozabiti, da vsi trenutni namizni procesorji temeljijo na arhitekturi CISC ali x86. Zgodi se, da proizvajalci v tej arhitekturi opravijo majhne spremembe, ki vključujejo elemente, kot so več jeder, krmilniki pomnilnika, notranji vodili, predpomnilnik različnih nivojev itd. Tako slišimo poimenovanja, kot so Coffee Lake, Skylake, Zen, Zen 2 itd. Bomo videli, kaj je to.

Postopek izdelave

Po drugi strani imamo tako imenovani proizvodni postopek, ki je v bistvu velikost tranzistorjev, ki sestavljajo procesor. Od vakuumskih ventilov prvih računalnikov do današnjih tranzistorjev FinFET, ki so jih izdelali TSMC in Global Foundries, le nekaj nanometrov, je bila evolucija neumna.

Procesor sestavljajo tranzistorji, najmanjše enote, ki jih najdemo v notranjosti. Tranzistor je element, ki dovoljuje ali ne dovoljuje prehodu toka, 0 (ne-tok), 1 (tok). Eden od teh trenutno meri 14nm ali 7nm (1nm = 0, 00000001m). Tranzistorji ustvarjajo logična vrata, logična vrata pa ustvarjajo integrirana vezja, ki lahko opravljajo različne funkcije.

Vodilni proizvajalci namiznih procesorjev

To so osnovni elementi za razumevanje, kako so se procesorji razvijali skozi zgodovino do danes. Šli bomo skozi najpomembnejše in ne smemo pozabiti na proizvajalce, ki sta Intel in AMD, nesporna voditelja današnjih osebnih računalnikov.

Seveda obstajajo tudi drugi proizvajalci, kot je IBM, pri čemer je najpomembneje, da je praktično ustvarjalec procesorja in merilo v tehnologiji. Drugi, kot je Qualcomm, so si vtisnili tržno nišo tako, da so praktično monopolizirali proizvodnjo procesorjev za pametni telefon. Kmalu bi se lahko premaknili k osebnim računalnikom, zato se pripravite na Intel in AMD, ker sta njihova procesorja ravno čudovita.

Razvoj Intelovih procesorjev

Poglejmo torej glavne zgodovinske mejnike korporacije Intel, modrega velikana, največjega podjetja, ki je že od nekdaj vodilno pri prodaji procesorjev in drugih komponent za PC.

• Intel 4004 Intel 8008, 8080 in 8086 Intel 286, 386 in 486 Intel Pentium Večjedrna doba: Pentium D in Core 2 Quad Doba Core iX

Tržen leta 1971 je bil prvi mikroprocesor, zgrajen na enem samem čipu in za neindustrijsko uporabo. Ta procesor je bil nameščen na paketu s 16 zatiči CERDIP (ščurka vsega življenja). Zgrajena je bila s 2.300 10.000nm tranzistorji in je imela 4-bitno širino vodil.

Leta 4004 je bil le začetek Intelove poti v osebnih računalnikih, ki jih je takrat monopoliziral IBM. Takrat je bilo med leti 1972 in 1978, ko je Intel v podjetju spremenil filozofijo in se v celoti posvetil gradnji procesorjev za računalnike.

Po 4004 je prišel 8008, procesor še vedno z 18-polno DIP kapsulacijo, ki je njegovo frekvenco dvignil na 0, 5 MHz in tudi število tranzistorjev na 3500. Po tem je Intel 8080 dvignil širino vodila na 8 bitov in frekvenco ne manj kot 2 MHz pod 40-pin DIP kapsulacijo. Velja za prvi resnično uporaben procesor, ki je sposoben obdelovati grafiko na strojih, kot sta Altair 8800m ali IMSAI 8080.

8086 je referenčni mikroprocesor, ki je prvi sprejel x86 arhitekturni in nabor navodil, ki veljajo do danes. 16-bitni CPU, desetkrat zmogljivejši od 4004.

Na teh modelih je proizvajalec začel uporabljati PGA vtičnico s kvadratnim čipom. Njegov preboj je v tem, da lahko zaženete programe v ukazni vrstici. 386 je bil prvi večopravilni procesor v zgodovini z 32-bitnim vodilnikom, ki se vam zagotovo sliši veliko bolj.

Prihajamo do Intel 486, ki je izšel leta 1989, kar je zelo pomembno tudi zato, ker smo procesor, ki je implementiral enoto s plavajočo vejico in pomnilnik predpomnilnika. Kaj to pomeni? Zdaj so se računalniki razvijali iz ukazne vrstice, ki jih je uporabljal prek grafičnega vmesnika.

Končno prihajamo v dobo Pentiuma, kjer imamo nekaj generacij do Pentiuma 4 kot različice za namizne računalnike in Pentium M za prenosne računalnike. Recimo, da je bilo 80586, vendar je Intel spremenil ime, da bi lahko licenciral svoj patent in drugi proizvajalci, kot je AMD, prenehali kopirati svoje procesorje.

Ti procesorji so v svojem proizvodnem procesu prvič znižali 1000 nm. Obsegala sta leta 1993 in 2002, Itanium 2 pa je bil vgrajen procesor za strežnike in je prvič uporabil 64-bitni vodila. Ti Pentiumi so bili že povsem namizno usmerjeni in jih je bilo mogoče brez težav uporabljati v večpredstavnostnem upodabljanju z legendarnimi Windows 98, ME in XP.

Pentium 4 je v svoji mikroarhitekturi, imenovani NetBurst, že uporabil nabor navodil, ki so v celoti usmerjena v večpredstavnost, kot so MMX, SSE, SSE2 in SSE3. Prav tako je bil eden prvih procesorjev, ki je dosegel delovno frekvenco večjo od 1 GHz, natančneje 1, 5 GHz, zato so se visokozmogljivi in ​​veliki hladilni vložki pojavili tudi na modelih po meri.

In potem pridemo do dobe večjedrnih procesorjev. Zdaj nismo mogli izvesti samo enega navodila v vsakem taktu ur, ampak dva od njih hkrati. Pentium D je v bistvu sestavljen iz čipa z dvema Pentiumov 4, ki sta v istem paketu. Na ta način je bil na novo zasnovan tudi koncept FSB (Front-Side Bus), ki je CPU služil za komunikacijo s čipsetom ali severnim mostom, ki se zdaj uporablja tudi za komunikacijo obeh jeder.

Po obeh so štirje jedri prispeli leta 2006 pod vtičnico LGA 775, veliko bolj aktualno in to lahko vidimo še v nekaterih računalnikih. Vsi so že sprejeli 64-bitno arhitekturo x86 za svoja štiri jedra s proizvodnim postopkom, ki se začne pri 65 nm in nato 45 nm.

Nato pridemo do svojih dni, kjer je velikan sprejel novo nomenklaturo za svoje večjedrne in večtirne procesorje. Po Core 2 Duo in Core 2 Quad je bila leta 2008 sprejeta nova Nehalem arhitektura, v kateri so bili procesorji razdeljeni na i3 (nizke zmogljivosti), i5 (srednji razred) in i7 (visoko zmogljivi procesorji).

Od tu naprej so jedra in pomnilnik predpomnilnika za komunikacijo uporabljali BSB (Back-Side Bus) ali zadnji vodnik, v čip pa je bil vpeljan tudi krmilnik pomnilnika DDR3. Sprednja stranska vodila se je razvila tudi v standard PCI Express, ki omogoča dvosmerni pretok podatkov med zunanjimi napravami in razširitvenimi karticami ter procesorji.

2. generacija Intel Core je leta 2011 sprejela ime Sandy Bridge z 32nm proizvodnim postopkom in štetjem 2, 4 in do 6 jeder. Ti procesorji podpirajo HyperThreading multithreading tehnologije in Turbo Boost dinamično povečanje frekvence, odvisno od obsega procesorjev na trgu. Vsi ti procesorji imajo integrirano grafiko in podpirajo 1600 MHz DDR3 RAM.

Kmalu zatem, leta 2012, je bila predstavljena 3. generacija z imenom Ivy Bridge, ki je zmanjšala velikost tranzistorjev na 22 nm. Ne le, da so se zmanjšali, ampak so postali 3D ali Tri-Gate, ki so zmanjšali porabo za do 50% v primerjavi s prejšnjimi, kar je dalo enake zmogljivosti. Ta CPU ponuja podporo za PCI Express 3.0 in je nameščen na vtičnicah LGA 1155 za območje namizja in 2011 za obseg Workstation.

Četrta in peta generacija se imenujeta Haswell oziroma Broadwell in tudi prejšnja generacija nista bila ravno revolucija. Haswells je delil proizvodni postopek z Ivy bridge in DDR3 RAM. Da, predstavljena je bila podpora Thunderbolta in narejen je bil nov dizajn predpomnilnika. Predstavljeni so bili tudi procesorji z do 8 jedri. Še naprej se uporablja Socket 1150 in 2011, čeprav ti procesorji niso združljivi s prejšnjo generacijo. Kar zadeva Broadwells, so bili prvi procesorji, ki so padli pri 14 nm, v tem primeru pa so bili združljivi s Haswell-ovo LGA 1150 vtičnico.

Na koncu smo prišli z Intelovo 6. in 7. generacijo, poimenovani Skylake in Kaby Lake s 14nm proizvodnim postopkom ter sprejeli novo združljivo vtičnico LGA 1151 za obe generaciji. V teh dveh arhitekturah je bila podpora že ponujena za DDR4, vodilo DMI 3.0 in Thunderbol 3.0. Prav tako se je integrirana grafika dvignila, saj je kompatibilna z DirectX 12 ter OpenGL 4.6 in 4K @ 60 Hz ločljivostjo. Kaby Lake je medtem prišel leta 2017 z izboljšanjem taktnih frekvenc procesorjev in podporo za USB 3.1 Gen2 in HDCP 2.2.

Razvoj procesorjev AMD

Drug izmed proizvajalcev, ki smo ga dolžni poznati, je AMD (Advanced Micro Devices), večni tekmec Intela, ki je skoraj vedno zaostajal za prvim, dokler danes ni prišel Ryzen 3000. Ampak hej, to je še en Videli bomo kasneje, zato si malo oglejmo zgodovino procesorjev AMD.

• Prišli so AMD 9080 in AMD 386 AMD K5, K6 in K7 AMD K8 in Athlon 64 X2 AMD Phenom AMD Llano in Buldožer AMD Ryzen

AMD-ovo potovanje se v osnovi začne s tem procesorjem, ki ni nič drugega kot kopija Intelovega modela 8080. Proizvajalec je v resnici podpisal pogodbo z Intelom, da bo lahko izdelal procesorje z arhitekturo x86, ki jih ima Intel. Naslednji skok je bil AMD 29K, ki je za svoje stvaritve ponudil grafične pogone in spomine EPROM. Toda kmalu zatem se je AMD odločil, da bo neposredno konkuriral Intelu, tako da je med seboj ponudil kompatibilne procesorje za osebne računalnike in strežnike.

Seveda pa je ta dogovor o ustvarjanju "kopij" Intelovih procesorjev začel predstavljati težavo, takoj ko je AMD postal realna konkurenca Intelu. Po več pravnih sporih, ki jih je osvojil AMD, je bila pogodba prekinjena z Intel 386, razlog za to, da se je Intel preimenoval v Pentium, pa že poznamo, s čimer je patent registriral.

Od tu naprej AMD ni imel druge možnosti, kot da ustvari procesorje popolnoma neodvisno in da niso le kopije. Smešno je, da je bil prvi samostojni procesor AMD Am386, ki se je očitno spopadel z Intelovim 80386.

Zdaj da, AMD je v tej tehnološki vojni začel najti svojo pot s procesorji, ki jih je sam izdelal iz nič. Pravzaprav je bilo s K7 združljivost obeh proizvajalcev, zato je AMD ustvaril svoje plošče in lastno vtičnico, imenovano Socket A. V njej sta bila leta 2003 nameščena nova AMD Athlon in Athlon XP.

AMD je bil prvi proizvajalec, ki je pred Intelom uvedel 64-bitno razširitev na namizni procesor. Poglejte cilj, ki naj bi Intel zdaj sprejel ali kopiral razširitev x64 v AMD za svoje procesorje.

A to se tukaj ni ustavilo, saj je AMD pred Intelom leta 2005 lahko tudi prodal dvojedrni procesor. Modri ​​velikan mu je seveda odgovoril z Core 2 Duo, ki smo ga že videli, in od tu se vodstvo AMD konča.

AMD je zaostajal zaradi dramatičnega preskoka zmogljivosti večjedrnih Intelovih procesorjev in se mu poskušal zoperstaviti s preoblikovanjem arhitekture K8. Pravzaprav je imel Phenom II, izdan leta 2010, do 6 jeder, vendar tudi za sproščeni Intel ne bi bilo dovolj. Ta procesor je imel 45 nm tranzistorje in so bili sprva nameščeni na vtičnici AM2 +, kasneje pa na vtičnici AM3, da bi ponudili združljivost s pomnilniki DDR3.

AMD je kupil ATI, podjetje, ki je bilo do zdaj neposredni tekmec Nvidiji za 3D grafične kartice. Proizvajalec je dejansko izkoristil to tehnološko prednost, da je izvedel procesorje z integriranim GPU-jem veliko zmogljivejši, kot ga je imel Intel s svojim Westmerejem. AMD Llano so bili ti procesorji, ki temeljijo na arhitekturi K8L prejšnjega Phenoma in seveda z enakimi omejitvami.

Zaradi tega je AMD prenovil svojo arhitekturo v novih buldožerjih, čeprav so bili rezultati v primerjavi z Intel Core precej slabi. Imeti več kot 4 jedra ni koristilo, saj je bila programska oprema takrat še zelo zelena v večnamenskem upravljanju. Uporabili so 32nm proizvodni postopek s skupnimi viri L1 in L2 predpomnilnika.

Po odpovedi AMD-ja s prejšnjo arhitekturo je Jim Keller, ustvarjalec arhitekture K8, znova revolucioniral blagovno znamko s tako imenovano arhitekturo Zen ali Summit Ridge. Tranzistorji so se spustili na 14 nm, tako kot Intel, in dobili so veliko močnejše in z višjim ICP kot šibki Buldožerji.

Nekatere najbolj prepoznavne tehnologije teh novih procesorjev so bile: AMD Precision Boost, ki je samodejno povečal napetost in frekvenco procesorjev. Ali XFR tehnologija, pri kateri so vsi Ryzen overclockani s svojim odklenjenim množiteljem. Ti procesorji so začeli nameščati v vtičnico PGA AM4, ki se nadaljuje še danes.

Pravzaprav je bil razvoj te Zen arhitekture Zen +, v katerem je AMD napredoval Intel z uvedbo 12nm tranzistorjev. Ti procesorji so povečali svojo zmogljivost z višjimi frekvencami pri manjši porabi. Zahvaljujoč notranjemu vodilu Infinity Fabric so se zamude med transakcijami CPU-ja in RAM-a dramatično izboljšale, da bi skoraj konkurirale Intelu.

Trenutni procesorji Intel in AMD

Nato pridemo do današnjega dne, da se osredotočimo na arhitekture, ki jih oba proizvajalca delata. Ne trdimo, da je obvezno kupiti enega od teh, vendar so zagotovo sedanjost in tudi bližnja prihodnost vsakega uporabnika, ki želi namestiti posodobljen igralni računalnik.

Intel Coffee Lake in vstop ob 10nm

Intel je trenutno v deveti generaciji procesorjev namiznih, prenosnih in delovnih postaj. Tako 8. (Coffee Lake) kot 9. generacija (Coffee Lake Refresh) nadaljujeta s 14nm tranzistorji in vtičnico LGA 1151, čeprav niso združljivi s prejšnjimi generacijami.

Ta generacija v bistvu poveča število jedrov za 2 za vsako družino, zdaj ima 4-jedrni i3 namesto 2, 6-jedrni i5 in 8-jedrni i7. Število voznih pasov PCIe 3.0 se poveča na 24, podpira do 6 3.1 vrat in tudi 128 GB DDR4 RAM-a. HyperThreading tehnologija je bila omogočena samo na i9-imenovanih procesorjih, kot so visoko zmogljivi 8-jedrni, 16-nitni procesorji in procesorji prenosnih računalnikov.

V tej generaciji sta tudi Intel Pentium Gold G5000, usmerjena v multimedijske postaje z 2 jedri in 4 niti, in Intel Celeron, najosnovnejši z dvojnimi jedri ter za MiniPC in multimedijo. Vsi procesorji te generacije so v svojo nomenklaturo vgradili grafiko UHD 630, razen F-poimenovanja.

Glede 10. generacije je potrditev malo, čeprav je pričakovati, da bodo novi procesorji Ice Lake vstopili s svojimi specifikacijami za prenosnike in ne s tistimi za namizje. Podatki pravijo, da se bo CPI na jedro povečal za do 18% v primerjavi s Skylakeom. Obstajalo bo skupno 6 novih podskupin navodil, ki bodo združljiva z AI in tehnikami globokega učenja. Vgrajeni grafični procesor ponuja tudi raven do 11. generacije in je zmožen pretakanja vsebin v 4K pri 120Hz. Končno bomo imeli integrirano podporo z Wi-Fi 6 in RAM pomnilnikom do 3200 MHz.

AMD Ryzen 3000 in že načrtovano arhitekturo Zen 3

AMD je v tem letu 2019 predstavil arhitekturo Zen 2 ali Matisse in v proizvodnem procesu ni napredoval le Intel, temveč tudi v čisti izvedbi svojih namiznih procesorjev. Novi Ryzen so zgrajeni na 7nm TSMC tranzistorjih in štejejo od 4 jeder Ryzen 3 do 16 Ryzen 9 9350X jeder. Vsi implementirajo AMD SMT tehnologijo z več zaporemi in odklenejo svoj množilnik. Pred kratkim je bila izdana posodobitev BIOS-a AGESA 1.0.0.3 za odpravo težav, ki jih morajo ti procesorji doseči največjo zalogo.

Njihove novosti ne prispejo samo tukaj, saj podpirajo novi standard PCI Express 4.0 in Wi-Fi 6, ki je CPU z do 24 stezami PCIe. Povprečni porast ICP nad Zen + je bil 13% zahvaljujoč višji osnovni frekvenci in izboljšavam vodila Infinty Fabric. Ta arhitektura temelji na čipetih ali fizičnih blokih, v katerih je 8 jeder na enoto, skupaj z dodatnim modulom, ki je vedno prisoten za krmilnik pomnilnika. Na ta način proizvajalec deaktivira ali aktivira določeno število jeder, da oblikuje svoje različne modele.

Leta 2020 je načrtovana posodobitev Zen 3 v procesorjih Ryzen, s katerimi želi proizvajalec izboljšati učinkovitost in zmogljivost svojega AMD Ryzen. Trdile so, da je zasnova njegove arhitekture že dokončana in le še mora dati zeleno luč za začetek proizvodnega procesa.

Ponovno bodo temeljili na 7nm, vendar bodo omogočali do 20% večjo gostoto tranzistorjev kot trenutni čipi. EPYC linija WorkStation procesorjev bi bila prva, ki bi jo lahko obdelali s procesorji, ki bi lahko imeli 64 jeder in 128 obdelovalnih niti.

Deli, ki bi jih morali vedeti o procesorju

Po tem prazniku informacij, ki ga puščamo kot neobvezno branje in kot osnovo, da vemo, kje smo danes, je čas, da se podrobneje seznanimo s pojmi, ki bi jih morali vedeti o procesorju.

Najprej bomo poskušali uporabniku razložiti najpomembnejšo strukturo in elemente CPU-ja. Tako bo vsak dan uporabnik, ki ga zanima nekaj več o tej strojni opremi.

Jedra procesorja

Jedra so subjekti za obdelavo informacij. Elementi, ki jih tvorijo osnovni elementi arhitekture x86, kot so krmilna enota (UC), dekoder navodil (DI), aritmetična enota (ALU), enota s plavajočimi točkami (FPU) in niz navodil (PI).

Vsako od teh jeder je sestavljeno iz popolnoma enakih notranjih komponent in vsako od njih je sposobno izvesti operacijo v vsakem učnem ciklu. Ta cikel meri v frekvenci ali Hertz (Hz), več Hz, več navodil je mogoče storiti na sekundo in več jeder, več operacij lahko hkrati.

Danes proizvajalci, kot je AMD, ta jedra v silikonskih blokih, Chiplets ali CCX izvajajo modularno. S tem sistemom dosežemo boljšo razširljivost pri gradnji procesorja, saj gre za postavitev čipsa, dokler ne dosežemo želenega števila, z 8 jedri za vsak element. Poleg tega je možno aktivirati ali deaktivirati vsako jedro za dosego želenega štetja. Intel medtem še vedno polni vsa jedra v en sam silikon.

Ali je narobe aktivirati vsa procesorska jedra? Priporočila in kako jih onemogočiti

Turbo Boost in Precision Boost Overdrive

Gre za sisteme, ki uporabljajo Intel oziroma AMD za aktivno in pametno nadziranje napetosti svojih procesorjev. To jim omogoča, da povečajo pogostost dela, če bi šlo za samodejni overclocking, tako da CPU deluje bolje, ko se sooča z veliko obremenitvijo nalog.

Ta sistem pomaga izboljšati toplotno učinkovitost in porabo trenutnih procesorjev ali po potrebi spremeniti njihovo frekvenco.

Obdelava niti

Seveda pa nimamo samo jeder, obstajajo tudi niti za obdelavo. Običajno jih bomo videli v specifikacijah kot X Cores / X Threads ali neposredno XC / X T. Na primer, Intel Core i9-9900K ima 8C / 16T, i5 9400 pa 6C / 6T.

Izraz Thread prihaja iz podprocesa in fizično ni del procesorja, ampak je njegova funkcionalnost čisto logična in se izvaja prek nabora navodil zadevnega procesorja.

Opredelimo ga lahko kot pretok podatkov v programu (program je sestavljen iz navodil ali procesov), ki omogoča upravljanje nalog procesorja, tako da jih razdelimo na manjše dele, imenovane niti. To je za optimizacijo čakalnih dob za vsako navodilo v čakalni vrsti procesa.

Naj razumemo tako: naloge so težje kot druge, zato bo jedro potrebovalo več ali manj časa, da opravi nalogo. Z nitmi je to, da to nalogo razdelimo na nekaj preprostejšega, tako da vsak kos obdela prvo prosto jedro, ki ga najdemo. Rezultat tega je, da jedra vedno zasedejo, tako da ni izpadov.

Kakšne so niti procesorja? Razlike z jedri

Multithreading tehnologije

Zakaj vidimo, da v nekaterih primerih obstaja enako število jeder kot niti, v drugih pa ne? No, to je posledica večreznih tehnologij, ki so jih proizvajalci implementirali v svoje procesorje.

Kadar ima CPU dvakrat več niti kot jeder, je ta tehnologija v njem implementirana. V bistvu gre za način izvajanja koncepta, ki smo ga videli že prej, razdelitev jedra na dve niti ali "logična jedra" za delitev nalog. Ta delitev se vedno izvaja v dveh nitih na jedro in nič več, recimo, da gre za trenutno mejo, s katero lahko programi delujejo.

Intelova tehnologija se imenuje HyperThreading, AMD-jeva pa SMT (istočasno večkratno branje). Za praktične namene obe tehnologiji delujeta enako, v naši ekipi pa jih lahko vidimo kot prava jedra, če na primer fotografiramo. Procesor z enako hitrostjo je hitrejši, če ima 8 fizičnih jeder, kot če bi imel 8 logičnih.

Kaj je HyperThreading? Več podrobnosti

Je predpomnilnik pomemben?

Pravzaprav je drugi najpomembnejši element procesorja. Pomnilnik predpomnilnika je veliko hitrejši pomnilnik kot RAM in je neposredno vgrajen v procesor. Medtem ko lahko 3600 MHz DDR4 RAM pri branju doseže 50.000 MB / s, lahko predpomnilnik L3 doseže 570 GB / s, L2 pri 790 GB / s in L1 pri 1600 GB / s. Popolnoma nore številke, zabeležene v nevi Ryzen 3000.

Ta pomnilnik je tipa SRAM (Static RAM), hiter in drag, medtem ko je tisti, ki se uporablja v RAM - u, DRAM (Dynamic RAM), počasen in poceni, ker stalno potrebuje osveževalni signal. V predpomnilniku so shranjeni podatki, ki jih bo procesor takoj uporabil, s čimer se odpravi čakanje, če vzamemo podatke iz RAM-a in optimiziramo čas obdelave. V procesorjih AMD in Intel so na voljo tri stopnje pomnilnika predpomnilnika:

• L1: Je najbližje jedrom CPU-ja, najmanjše in najhitrejše. Z latencami krajšimi od 1 ns je ta pomnilnik trenutno razdeljen na dva, L1I (navodila) in L1D (podatki). Oba v deveti generaciji Intel Core in Ryzen 3000 sta po 32 KB in vsako jedro ima svoje. L2: L2 je naslednji, z latencami okoli 3 ns, prav tako je dodeljen neodvisno vsakemu jedru. Intelovi procesorji imajo 256 KB, Ryzen pa 512 KB. L3: To je največji pomnilnik med tremi in je dodeljen v deljeni obliki v jedrih, običajno v skupinah po 4 jedra.

Severni most zdaj znotraj CPU-jev

Severni most procesorja ali matične plošče ima funkcijo povezovanja pomnilnika RAM v CPU. Trenutno oba proizvajalca vgrajujeta ta pomnilniški krmilnik ali PCH (Platform Conroller Hub) znotraj samega CPU-ja, na primer v ločenem siliciju, kot se dogaja v CPU-ju na osnovi čipsa.

To je način za znatno povečanje hitrosti informacijskih transakcij in poenostavitev obstoječih avtobusov na matičnih ploščah, pri čemer ostane le južni most, ki se imenuje čipset. Ta nabor čipov je namenjen usmerjanju podatkov s trdih diskov, perifernih naprav in nekaterih PCIe slotov. Najsodobnejši namizni in prenosni procesorji so sposobni usmerjati do 128 GB dvokanalnega RAM-a s hitrostjo 3200MHz native (4800MHz z JEDEC profili z omogočenim XMP). Ta avtobus se deli na dva:

• Podatkovna vodila: nosi podatke in navodila programov, naslovni naslov: krožijo naslovi celic, v katerih so shranjeni podatki.

Poleg samega pomnilniškega krmilnika morajo jedra uporabljati tudi drugo vodilo za komunikacijo med seboj in s pomnilnikom predpomnilnika, ki se imenuje BSB ali Back-Side Bus. Tisti, ki ga AMD uporablja v svoji arhitekturi Zen 2, se imenuje Infinity Fabric, ki lahko deluje na 5100 MHz, Intel pa se imenuje Intel Ring Bus.

Kaj so predpomnilniki L1, L2 in L3 in kako deluje?

IGP ali integrirana grafika

Drug element, ki napolni precej pomembno, ne toliko v procesorjih, ki so usmerjeni v igre, temveč v manj zmogljive, je integrirana grafika. Danes ima večina obstoječih procesorjev več jeder, namenjenih izključno grafiki in teksturam. Tovrstna jedra imajo bodisi Intel, AMD in drugi proizvajalci, kot je Qualcomm s svojim Adreno za pametni telefon, ali Realtek za Smart TV in NAS. Tovrstne procesorje imenujemo APU (pospešena procesorska enota)

Razlog je preprost, če želite to trdo delo ločiti od ostalih značilnih nalog programa, saj so veliko težji in počasnejši, če na APU-ju ni večja zmogljivostna vodila, na primer 128 bitov. Tako kot običajna jedra jih je mogoče meriti v količini in pogostosti, s katero delujejo. Imajo pa tudi drugo komponento, kot so enote za senčenje. In drugi ukrepi, kot so TMU (enote za teksturiranje) in ROP (enote za upodabljanje). Vsi ti nam bodo pomagali prepoznati grafično moč nabora.

IGP-ji, ki jih trenutno uporabljata Intel in AMD, so naslednji:

• AMD Radeon RX Vega 11: Je najzmogljivejša in uporabljena specifikacija v 1. in 2. generaciji procesorjev Ryzen 5 2400 in 3400. Gre za skupno 11 jeder Raven Ridge z arhitekturo GNC 5.0, ki delujejo na največ 1400 MHz, imajo največ 704 senzorskih enot, 44 TMU in 8 ROP. AMD Radeon Vega 8: Je nižja specifikacija kot prejšnja, ima 8 jeder in deluje na frekvenci 1100 MHz z 512 senčnimi enotami, 32 TMU-ji in 8 ROP-ji. Vgrajujejo jih na Ryzen 3 2200 in 3200. Intel Iris Plus 655: ta integrirana grafika je vgrajena v procesorje Intel Core 8. generacije v območju U (z majhno porabo) za prenosnike in lahko doseže 1150 MHz s 384 senčil, 48 TMU in 6 ROP. Njegova zmogljivost je podobna prejšnjim. Intel UHD Graphic 630/620 - To je grafika, vgrajena v vse namizne procesorje 8. in 9. generacije, ki v svojem imenu ne nosijo oznake F. Grafika je nižja od Vege 11, ki prikazuje na 1200 MHz, z 192 senčili, 24 TMU in 3 ROP-ji.

Vtičnica procesorja

Zdaj se premaknemo, kaj so sestavni deli procesorja, da vidimo, kam naj ga povežemo. Očitno je vtičnica, velik konektor, ki se nahaja na matični plošči in ima na stotine zatičev, ki bodo vzpostavili stik s CPU za prenos moči in podatkov za obdelavo.

Kot ponavadi ima vsak proizvajalec svoje vtičnice in so lahko tudi različne vrste:

• LGA: Land Grid Array, ki ima zatiče nameščene neposredno v vtičnico plošče, CPU pa ima samo ravne kontakte. Omogoča večjo gostoto povezav in jo uporablja Intel. Trenutno vtičnice sta LGA 1151 za namizne procesorje in LGA 2066 za CPU usmerjene v delovno postajo. AMD ga uporablja tudi za svoje TR4 navoje. PGA: Pin Grid Array, ravno nasprotno, zdaj so zatiči na samem procesorju in v vtičnici je luknje. AMD ga še vedno uporablja za vse svoje namizne računalnike Ryzen z imenom BGA: Ball Grid Array, v osnovi gre za vtičnico, v kateri je procesor neposredno spajkan. Uporablja se v prenosnikih nove generacije, tako od AMD kot od Intela.

Heatsinks in IHS

IHS (Integrated Heat Spreader) je paket, ki ima na vrhu procesor. V bistvu gre za kvadratno ploščo, vgrajeno iz aluminija, ki je nalepljena na podlago ali PCB CPU-ja in v zameno za DIE ali notranji silicij. Njegova funkcija je, da odvaja toploto od njih do hladilnika in deluje tudi kot zaščitni pokrov. Lahko jih varimo neposredno na DIE ali lepimo s termično pasto.

Procesorji so elementi, ki delujejo na zelo visoki frekvenci, zato bodo potrebovali hladilnik, ki zajame toploto in jo s pomočjo enega ali dveh ventilatorjev odžene v okolje. Večina procesorjev prihaja z bolj ali manj slabim zavojem, čeprav so najboljši iz podjetja AMD. V resnici imamo modele, ki temeljijo na zmogljivosti procesorja:

• Wrait Stealth: najmanjši, čeprav še vedno večji kot Intel, za Ryzen 3 in 5 brez poimenovanja X Intel: nima imena in je majhen aluminijast hladilnik z zelo hrupnim ventilatorjem, ki je na voljo skoraj v vseh njegovih procesorjih, razen i9. Ta hladilnik je od Core 2 Duo ostal nespremenjen. Wraith Spire - Srednja, z višjim aluminijastim blokom in 85 mm ventilatorjem. Za Ryzen 5 in 7 z oznako X. Wrait Prism: Vrhunski model, ki vsebuje dvostopenjski blok in bakrene toplotne cevi za povečanje učinkovitosti. Prinašata ga Ryzen 7 2700X ter 9 3900X in 3950X. Wraith Ripper: Gre za stolpni umivalnik, ki ga je izdelal Cooler Master za navojnike.

Hladilnik procesorja: Kaj so? Nasveti in priporočila

Poleg teh je veliko proizvajalcev, ki imajo lastne modele po meri, združljive z vtičnicami, ki smo jih videli. Podobno imamo s tekočimi hladilnimi sistemi, ki nudijo vrhunske zmogljivosti hladilnikom stolpov. Za procesorje višjega cenovnega razreda priporočamo uporabo enega od teh 240 mm (dva ventilatorja) ali 360 mm (tri ventilatorja) sistema.

Najpomembnejši koncepti procesorja

Zdaj pa si oglejmo še druge koncepte, povezane s procesorjem, ki bodo pomembni za uporabnika. Ne gre za notranjo strukturo, ampak za tehnologije ali postopke, ki se izvajajo v njih, da se meri ali izboljša njihova učinkovitost.

Kako meriti uspešnost: kaj je merilo uspešnosti

Ko kupujemo nov procesor, vedno radi vidimo, kako daleč lahko gre in ga lahko kupimo pri drugih procesorjih ali celo pri drugih uporabnikih. Ti preizkusi se imenujejo primerjalni in so stresni testi, katerim je podvržen procesor, da da določen rezultat glede na njegovo zmogljivost.

Obstajajo programi, kot so Cinebench (ocena upodabljanja), wPrime (čas za izvedbo naloge), program oblikovanja Blender (čas upodabljanja), 3DMark (igralske zmogljivosti) itd., Ki so odgovorni za izvajanje teh testov, tako da jih lahko primerjamo z drugi procesorji s seznama, objavljenega v omrežju. Skoraj vsi imajo svoj lastni rezultat, izračunan na podlagi dejavnikov, ki jih ima le ta program, zato nismo mogli kupiti ocene Cinebench z oceno 3DMark.

Temperature so vedno pod nadzorom, da se prepreči toplotno dušenje

Obstajajo tudi koncepti, povezani s temperaturami, ki bi se jih moral vsak uporabnik zavedati, še posebej, če imajo drag in zmogljiv procesor. Na internetu je veliko programov, ki lahko merijo temperaturo ne le CPU-ja, ampak tudi mnogih drugih komponent, ki so opremljene s senzorji. Zelo priporočljiva bo HWiNFO.

Povezana s temperaturo bo toplotno tuljenje. To je samodejni zaščitni sistem, ki mora CPU znižati napetost in moč, ki se napajata, ko temperature dosežejo največjo dovoljeno vrednost. Na ta način znižamo delovno frekvenco in tudi temperaturo ter stabiliziramo čip, da ne izgori.

Vendar tudi proizvajalci sami ponujajo podatke o temperaturah svojih procesorjev, zato lahko najdemo nekaj od tega:

• TjMax: Ta izraz se nanaša na najvišjo temperaturo, ki jo lahko procesor zdrži v svoji matrici, to je znotraj svojih procesorskih jeder. Ko se CPU približa tem temperaturam, bo samodejno zaobšel zgoraj omenjeno zaščito, kar bo znižalo napetost in moč CPU-ja. Temperatura Tdie, Tjunction ali Junction: To temperaturo v realnem času merijo senzorji, nameščeni znotraj jeder. Nikoli ne bo presegel TjMax, saj bo zaščitni sistem deloval prej. TCase: temperatura se meri v IHS procesorja, torej v njegovi kapsuli, ki se bo vedno razlikovala od tiste, ki je označena znotraj jedra CPU-ja: je povprečna temperatura Tunion vseh jeder cpu

Delidding

Delid ali deliding je praksa, ki se izvaja za izboljšanje temperatur CPU. Sestavljen je iz odstranjevanja IHS iz procesorja, da se izpostavijo različni nameščeni silicij. In če ga ni mogoče odstraniti, ker je varjen, bomo polirali njegovo površino do maksimuma. To storimo za čim boljši prenos toplote z neposrednim polaganjem toplotne paste iz tekočih kovin na te DIE in položite hladilnik na vrh.

Kaj pridobimo s tem? No odpravimo ali v najmanjši možni meri odvzamemo dodatno debelino, ki jo nam da IHS, tako da toplota brez vmesnih korakov prehaja neposredno v hladilnik. Tako pasta kot IHS sta elementa, odporna proti vročini, zato lahko z odstranitvijo in vstavljanjem tekoče kovine znižamo temperature na 20 ° C z overclockingom. V nekaterih primerih to ni lahka naloga, saj je IHS neposredno privezan na DIE, zato ni druge možnosti, kot da ga brusite namesto, da ga odstranite.

Naslednja stopnja bi bila postavitev sistema za hlajenje s tekočim dušikom, ki je rezerviran samo za laboratorijske nastavitve. Čeprav seveda lahko svoj sistem vedno ustvarimo s hladilnim motorjem, ki vsebuje helij ali derivate.

Overclocking in podcenjevanje na procesorju

Tesno povezano z zgoraj navedenim je overclocking, tehnika, pri kateri se napetost CPU-ja poveča in multiplikator spremeni, da poveča svojo delovno frekvenco. Ne govorimo pa o frekvencah, ki prihajajo v specifikacijah, kot je turbo način, temveč registrih, ki presegajo tiste, ki jih je določil proizvajalec. Nikomur se ne izgubi, da gre za tveganje za stabilnost in celovitost procesorja.

Če želite overlock, najprej potrebujemo CPU z odklenjenim množiteljem in nato matično ploščo čipov, ki omogoča tovrstno dejanje. Vsi AMD Ryzen so dovzetni za overclocking, prav tako tudi Intel procesorji z oznako K. Podobno to prakso podpirajo tudi čipsevi AMD B450, X470 in X570, prav tako tudi serije Intel X in Z.

Overclocking lahko opravite tudi s povečanjem frekvence osnovne ure ali BCLK. To je glavna ura matične plošče, ki nadzoruje praktično vse komponente, kot so CPU, RAM, PCIe in Chipset. Če povečamo to uro, povečujemo pogostost drugih komponent, ki imajo celo zaklenjen množilnik, čeprav nosi še več tveganj in je zelo nestabilna metoda.

Na drugi strani je podcenjevanje ravno obratno, znižanje napetosti, da procesor ne bi mogel termično dušiti. To je praksa, ki se uporablja na prenosnikih ali grafičnih karticah z neučinkovitimi hladilnimi sistemi.

Najboljši procesorji za namizne, igralne in delovne postaje

V tem članku ne more manjkati napotnica za naš vodič z najboljšimi procesorji na trgu. V njej umeščamo modele Intel in AMD, ki se nam zdijo najboljši v različnih obstoječih razponih. Ne le igralna, temveč tudi večpredstavnostna oprema in celo Workstation. Vedno ga posodabljamo in neposredno povezujemo z nakupom.

Sklep o procesorju

Ne morete se pritoževati, da se v tem članku ničesar ne naučite, saj smo zgodovino dveh glavnih proizvajalcev in njihovih arhitektur pregledali povsem v celoti. Poleg tega smo pregledali različne dele procesorja, ki so bistveni za poznavanje zunaj in znotraj, skupaj z nekaterimi pomembnimi pojmi, ki jih skupnost pogosto uporablja.

Vabimo vas, da v komentar dodate še druge pomembne koncepte, ki smo jih spregledali in ki se vam zdijo pomembni za ta članek. Vedno poskušamo čim bolj izboljšati te članke, ki so posebnega pomena za skupnost, ki se začne.