Procesadores multi-núcleo (página 2)

Partes: 1, 2

Ejemplos
de procesadores
multinúcleo

Se verá un resumen de los principales
procesadores multinúcleo de la actualidad. Se comienza
por Intel, mostrando los procesadores multinúcleo que ha
sacado al mercado,
luego viene AMD, y por último se muestra al
nuevo procesador
Cell, que próximamente va a salir en la PlayStation
3.

Procesadores Multinúcleo de
Intel

Actualmente Intel esta fabricando procesadores de
doble núcleo. Comenzó fabricando los Pentium D en
el 2005, luego en el 2006 lanzó los Core Duo y el Core 2
Duo.

Pentium D

Los Pentium D están conformados por dos
procesadores Pentium 4 Prescott sin Hyperthreading. Luego Intel
sacó el Pentium Extreme Edition (No confundir con el
Pentium 4 Extreme Edition) que era un procesador que
tenía los procesadores P4 Prescott, con la tecnología Hyperthreading, lo que hacia
que el software viera
cuatro procesadores.

Las características de los Pentium D
son:

Proceso de fabricación de 90nm
Tienen la tecnología EM64T, que permite
trabajar con 64 bits de forma nativa
Utilizan núcleos SmithField (basados en los
Prescott), cada uno de ellos tiene una memoria
caché L2 de 1MB
Van desde 2.80GHz, del modelo
menos potente, hasta 3.20GHz para el modelo más
potente.

El procesador que contiene dos núcleos Prescott
se llama Smithfield. Los nuevos procesadores de doble
núcleo Pentium D se llaman Presler, están
construidos con tecnología de fabricación de 65nm
y van desde 2.8 hasta 3.73Ghz. Tienen una caché L2 por
cada núcleo de 2MB (4MB en total).

Core Duo

Los procesadores Core Duo es una versión para
los portátiles, implementa 2MB de caché de
memoria compartida para ambos núcleos. Están
hechos con la tecnología de 65nm. Su velocidad va
desde 1.20 hasta 2.33Ghz. El FSB (bus del
sistema) va
desde 533Mhz del modelo menos potente hasta 667Mhz para los
demás. El gasto de energía va desde 9.0w hasta
31w. Por los datos se ve que
tienen una gran relación
rendimiento/energía.

Core 2 Duo

Esta nueva familia de
procesadores de Intel esta basado en la microarquitectura Core,
que reemplaza a la antigua microarquitectura Netburst que fue
aplicada en los demás procesadores y que ya estaba
llegando a sus límites.

La arquitectura
Core proviene de la arquitectura que produjo al Pentium M
(utilizado por los Intel Centrino), que destaca por el gran
rendimiento que obtiene de la poca energía que gasta. El
Pentium M además proviene del Pentium III, y este del
Pentium Pro (Los Pentium 4 son una rama genealógica
aparte).

Las subfamilias del Core 2 Duo son:

Merom, para portátiles.

Conroe, para equipos de sobremesa.

WoodCrest, para servidores.

Los Core 2 Duo, recién han salido en julio del
2006. Además de la versión normal, hay una
versión extrema. No se tienen todos los datos
disponibles, pero ya se han probado algunos de
ellos.

Los Core 2 Duo que han sido probados, por la
mayoría de testeadores, son el Core 2 Extreme X6800, el
Core 2 Duo E6700 y el E6600. En las pruebas
estos procesadores demuestran tener más rendimiento que
el más poderoso procesador del AMD, el AMD FX-62. Los
mas fuertes (X6800 y E6700) vencen en casi todo al FX-62, en
algunas pruebas por un margen considerable y el tercero (E6600)
esta muy cerca.

Procesadores Multinúcleo de
AMD

Antes de sacar sus procesadores multinúcleo al
mercado, AMD ya había conseguido un gran éxito
con su procesador Athlon 64, que incorporaba la capacidad de
direccional 64 bits de memoria, la tecnología
HyperTransport que era un nuevo bus bastante rápido que
eliminaba cuellos de botella anteriores, y otras
tecnologías; este procesador fue tomado como base para
la construcción de su procesador de doble
núcleo Athlon 64 X2, que salió al mercado a
partir del 2005.

Para Servidores, AMD sacó el procesador Opteron
X2, que se basaba también en el Opteron de un solo
núcleo, el hermano mayor de los Athlon 64.

Para Portátiles AMD ha sacado el Turion X2, que
lleva el poder de los
procesadores de doble núcleo al campo de los
móviles.

AMD fue el primero en sacar la tecnología de 64
bits, y también fue la primera en sacar los procesadores
de doble núcleo para servidores, portátiles y
computadoras
de escritorio. Han tenido un gran éxito, pero con la
aparición de los Core 2 Duo de Intel, basados en su
exitoso Pentium M Centrino, la iniciativa vuelve a las manos de
Intel en todos los frentes. Hay que esperar a que AMD saque sus
nuevos procesadores K8L, de 4 núcleos y con
tecnologías mejoradas, como el HyperTransport 3 y una
caché L3.

Procesador CELL

El procesador Cell, es un procesador
multi-núcleo diseñado por las empresas IBM,
Sony y Toshiba desde el marzo del 2001. Este procesador va a
ser usado inicialmente por la PlayStation 3, pero se tiene
previsto usarlo también en los productos
electrónicos que fabrican estas empresas, que van desde
televisores de alta definición hasta
ordenadores.

Los componentes del procesador son:

1 Power Processor Element (PPE).
8 Synergistic Processor Elements
(SPEs).
Bus de Interconexión de los Elementos
(EIB).
Controlador de Acceso Directo a Memoria
(DMAC).
2 Controladores de Memoria Rambus XDR.
Una interfaz Rambus FlexIO (Input /
Output).

El PPE es el núcleo principal, este se encarga
de coordinar el trabajo
de todos los demás núcleos (SPEs), mediante la
tecnología SMT (Simoultaneous Multi-Threading). El PPC
toma el control del
sistema
operativo y deja a los SPEs el trabajo de
los demás procesos.

EL PPE esta basado en la arquitectura PowerPC de 64
bits, tiene 32 KB de caché L1 y 512 KB de caché
L2, tiene también tecnología de doble hilo y
puede ejecutar dos instrucciones por hilo. Este procesador esta
hecho como los RISC clásicos, o sea no es como los
PowerPC tradicionales, por eso no tiene implementado la
predicción de saltos, y la ejecución de
instrucciones es en orden; lo que ahorra una cantidad
considerable de transistores,
pasando todo ese trabajo al compilador.

Los SPE son los procesadores auxiliares, son unidades
de cálculo
vectorial. Pueden ejecutar hasta dos instrucciones por ciclo.
Cada SPE tiene 128 registros de
128 bits cada uno, 4 unidades de coma flotante, 4 unidades
aritméticas enteras y una memoria local de 256 KB (esta
memoria es SRAM como las memorias
caché, pero no es una de ellas). Al no utilizar memoria
caché, se simplifica el diseño del SPE. Los SPEs tienen memoria
local para tomar los datos que requieren más
rápidamente.

El bus de interconexión de elementos, EIB, esta
compuesto por 4 canales de datos de 128 bits, permite la
comunicación entre todos los elementos del
procesador, permite también cargar y mover 16GB de datos
por segundo hacia y fuera del Cell respectivamente. Para
mantener lleno este ancho de banda, el procesador Cell utiliza
en sus controladores de I/O y la memoria
las tecnologías diseñadas por la empresa
Rambus (conocida por haber fabricado las veloces memorias
RAM para
Pentium 4, las RIMM, que no tuvieron aceptación en el
mercado). La memoria XDR de Rambus es bastante rápida,
llegando a velocidades 12 veces superiores a las memorias
convencionales de 533Mhz actuales.

La velocidad a la que llega es de 4.8Ghz. La
tecnología FlexIO, también de Rambus, es una
interface de entrada y salida bastante rápida. Esta
constituido por 12 conexiones punto a punto unidireccionales de
1byte, 7 de estas conexiones son de salida y 5 son de entrada.
El FlexIO puede tener una velocidad desde 400Mhz hasta
8GHz.

El chip Cell ha ahorrado muchos transistores al no
implementar caché para los SPEs, ejecución fuera
de orden, predicción de saltos, etc., dejando todo ese
trabajo al compilador; con el fin de poner mas procesadores
(SPEs) lo que aumenta el poder de procesamiento, y
además para que el chip sea más sencillo y gaste
menos energía. Este chip es un monstruo con sus 234
millones de transistores, la mayoría dedicados al poder
de procesamiento por lo anteriormente expuesto, y como utiliza
muchos "cerebros", la generación de calor se
disemina por todo el procesador.

Otras características de este procesador
son:

Fabricación en 90nm
(nanómetros).
Frecuencia de trabajo desde 3.2 GHz.
1,3 Voltios.
Operación a 85ºC con un
disipador.
El prototipo tiene 221mm2.
Utiliza la tecnología SOI (Silicio sobre
aislante)

Otras características que tiene el Cell es que
es escalable, fue diseñado para poder trabajar con otros
Cell. Un PPC de un Cell tiene el potencial de comunicarse con
un PPC o un SPE de otro Cell que se encuentre en la misma placa
madre, en la misma red o en cualquier parte
del mundo si ambos estos conectados a Internet.

Otros Procesadores

Otros procesadores multinúcleo importantes que
han salido son:

el PowerPC G5 para las Apple.
El UltraSparc T1 Niagara, poderoso procesador para
servidores, que genera un gran ahorro de
energía por su relación
rendimiento/energía. Su fabricante Sun Microsystems
antes también ha sacado buenos procesadores
multinúcleo para sus servidores.

Futuro de
los procesadores multinúcleo

Actualmente Intel y AMD están ofreciendo sus
procesadores de doble núcleo. En los siguiente
años saldrán sus procesadores de 4
núcleos, 8, etc. Intel prevé llegar a construir
un procesador de 32 núcleos para el 2010.
El procesador Cell ha comenzado a ser construido con
la tecnología de fabricación de 65nm.
IBM esta desarrollando el procesador Kilocore, un
procesador que tiene un núcleo principal PowerPC que
maneja a 1024 núcleos auxiliares pequeños de 8
bits.
En cuanto a tecnologías, IBM ha fabricado, en
experimentos,
chips con la tecnología SiGe (tecnología que
añade al silicio, mediante procesos
nanotecnológicos, capas de germanio, para mejorar sus
propiedades electrónicas) que pueden alcanzar 500GHz con
el cero absoluto, previendo que pueden llegar a 350 Ghz a
temperatura
ambiente.
Esta tecnología no es tan costosa, pudiéndose
implementar en las fabricas de chips a muy bajo precio. Esto
puede ser el comienzo de una nueva generación de
procesadores ultrarápidos, comparados con los
actuales.

Conclusiones

Los procesadores AMD e Intel multinúcleo
seguirán mejorando, pues llevan compatibilidad con las
instrucciones x86. Las empresas de desarrollo
de software se verán obligadas, por motivos
competitivos, a desarrollar software que aproveche el
procesamiento paralelo que tienen estos procesadores. Estos les
generará gastos de
desarrollo mayores de los normales.
En cambio el
procesador Cell tiene más problemas,
porque no es compatible con el software existente. Es
difícil que las empresas de software hagan programas para
el Cell, por el enorme costo de
desarrollo que implica. Pero fue una buena idea ponerlo en la
consola PlayStation 3, porque ello generará una enorme
cantidad de programadores, provenientes de las industrias
de juegos, que
quieran aprovechar todo el potencial que tiene.
El rendimiento de los procesadores ha tomado nuevo
aliento, después de dejar de avanzar en MHz. Con esta
tecnología se puede seguir mejorando el rendimiento
durante un buen tiempo.
Dentro de poco, las personas normales tendremos el
poder de cómputo que tenían los supercomputadores
hace algunos años. (Se dice que 4 procesadores Cell
tienen el poder equivalente a la supercomputadora más
poderosa de EEUU de hace solo 10 años).