Que sont les cœurs de processeur ?

Un cœur de processeur est une partie essentielle de tout ordinateur. Les cœurs de processeur font partie de tout processeur de processeur. Les processeurs de bureau modernes ont généralement entre deux et 16 cœurs, chacun pouvant s'occuper d'une tâche spécifique à la fois. Le nombre de cœurs disponibles est l'un des indicateurs critiques de la puissance et de la rapidité d'un PC à des performances optimales.

Il convient de noter que les cœurs ne sont pas entièrement indépendants les uns des autres. Selon la conception particulière du processeur, les cœurs peuvent être plus ou moins étroitement liés. Ils peuvent partager des caches, s'utiliser pour transmettre des messages ou même partager d'autres types de processus de communication. Le plus souvent, les cœurs seront connectés via des bus. Il existe également une distinction entre les processeurs qui n'ont que des cœurs identiques et ceux qui en combinent différents.

Conception du processeur

La conception historique des processeurs multicœurs a généralement utilisé une topologie de processeur homogène. Autrement dit, tous les cœurs sont identiques. Cela a l'avantage de ne nécessiter que l'effort de développement d'une architecture de base qui peut être copiée et collée aussi souvent que nécessaire. Cela facilite également la planification des tâches, car tous les cœurs peuvent effectuer toutes les tâches à la même vitesse et avec la même efficacité.

Une approche plus nuancée de la conception du cœur du processeur peut être trouvée avec une topologie de processeur hétérogène. Dans ce cas, une matrice de CPU a plusieurs types de cœurs, généralement optimisés pour les performances ou l'efficacité énergétique, et parfois un terrain d'entente. Cette configuration est particulièrement utile dans les appareils mobiles, où de nombreux cœurs efficaces offrent de bonnes performances avec une consommation de batterie minimale. Des performances de pointe peuvent également être fournies en cas de besoin par des cœurs optimisés pour les performances plus puissants, mais au prix d'une consommation d'énergie et d'une production de chaleur accrues.

Historiquement, les processeurs commençaient avec un seul cœur et ne pouvaient gérer qu'une seule tâche à la fois. Au fil du temps, à mesure que la demande de matériel augmentait, cela ne suffisait plus. Des processeurs plus récents et plus modernes ont été développés et abandonnés que ceux avec moins de cœurs. L'exception était les ordinateurs portables - en raison des contraintes d'espace et de refroidissement, les processeurs des ordinateurs portables étaient historiquement à la traîne des ordinateurs de bureau en nombre de cœurs de processeur. Les ordinateurs portables modernes peuvent faire correspondre le nombre de cœurs avec les ordinateurs de bureau, mais les processeurs fonctionnent souvent à des niveaux de puissance et à des vitesses d'horloge inférieurs pour gérer les températures.

Pointe: Si vous essayez de construire un ordinateur et de choisir votre processeur, le minimum absolu de cœurs que vous devez viser est de quatre.

Multithreading

La plupart des processeurs modernes utilisent le multi- ou l'hyper-threading pour augmenter le nombre de cœurs disponibles. Ce processus divise un cœur en plusieurs cœurs virtuels. Plus précisément, chaque cœur physique fonctionne comme deux threads. Par conséquent, les processeurs à quatre cœurs peuvent fonctionner avec huit threads, ce qui signifie qu'ils fonctionnent comme un processeur à huit cœurs.

Remarque : Certains processeurs spécialisés peuvent offrir plus de deux threads par cœur de processeur. Cependant, tous ces produits sont exclusifs aux marchés du HPC ( High-Performance Computing ) et du supercalcul. Les cœurs de processeur de bureau peuvent exécuter un ou deux threads.

Cependant, le multithreading n'est pas une duplication absolue de la puissance du processeur. L'hyperthreading ne double pas les performances du cœur du processeur. Les recherches d'Intel suggèrent qu'il offre une amélioration des performances d'environ 30 %, bien que cela puisse varier considérablement et, dans de rares cas, même légèrement diminuer les performances. Certaines applications et programmes fonctionnent mieux que d'autres. Les jeux vidéo, par exemple, ne bénéficient pas toujours de plus de cœurs, étant souvent plus sensibles à la vitesse d'horloge. D'autres logiciels, en particulier le montage vidéo et l'animation, fonctionnent plus loin avec des cœurs et des threads supplémentaires.

Bien sûr, il est impossible d'inventer des cœurs supplémentaires – les threads simulés doivent donc partager les ressources physiques disponibles de leur cœur sous-jacent. Cela peut signifier que les threads ont des performances inférieures individuellement, mais cela peut également signifier que les ressources sont distribuées plus efficacement. Ils peuvent être utilisés par le thread qui en a le plus besoin.

L'avenir du matériel

La tendance dans le développement des cœurs de processeur va définitivement vers l'implémentation de plus en plus de cœurs dans les processeurs. Théoriquement, il serait possible de construire des CPU avec des centaines voire des milliers de cœurs. Ce n'est pas encore une réalité commerciale, les processeurs AMD Threadripper et EPYC ayant jusqu'à 64 cœurs. Pour l'instant, cependant, un objectif plus réaliste consiste à optimiser les performances par watt. En d'autres termes, pour réduire la consommation d'énergie des processeurs. Cela profite principalement aux ordinateurs portables et autres appareils alimentés par batterie.

La gestion de la consommation d'énergie est essentielle pour de nouvelles augmentations significatives des performances. La loi de Moore a généralement doublé les performances du processeur environ tous les deux ans pendant des décennies. Ceci, cependant, était principalement basé sur le rétrécissement du nœud, c'est-à-dire sur la taille des plus petits éléments du processeur.

Les nœuds CPU modernes sont si petits qu'ils sont très proches des limites physiques de réduction de taille. L'augmentation des performances a donc signifié une consommation d'énergie plus élevée et une production de chaleur plus élevée. Dans un avenir proche, les processeurs des superordinateurs pourraient produire tellement de chaleur dans un si petit espace qu'il serait impossible de les refroidir à l'air, ce qui nécessiterait un refroidissement liquide.

Naturellement, de nouveaux types de processeurs sont également en cours de développement. Les deux plus grandes marques ici, Intel et AMD, proposent chacune différents types de conceptions de processeurs. Cela va si loin que leurs CPU respectifs conviennent mieux à certains usages qu'à d'autres. Bien sûr, les processeurs nouvellement conçus offrent de nouveaux cas d'utilisation et spécialités en plus de ceux existants.

L'architecture du processeur est un sujet complexe. À mesure que les technologies disponibles et la demande de performances supérieures augmentent, la puissance offerte par les processeurs et la variété des configurations disponibles augmentent également. Comme le marché des GPU, le marché des CPU montre des signes d'évolution vers des accélérateurs matériels spécifiques. Cela peut permettre plus de performances et une plus grande efficacité à des tâches particulières, mais augmente la complexité.

Conclusion

Un cœur de processeur est une ou plusieurs parties spécifiques d'une matrice de processeur qui effectuent le traitement réel. Ceux-ci seront généralement servis et entourés de registres et de caches. La grande majorité des processeurs modernes offrent plusieurs cœurs sur un seul processeur. Les cœurs de processeur peuvent être identiques ou optimisés pour différentes étapes de la courbe performances/efficacité.

Les cœurs de processeur sont généralement à usage général, capables d'effectuer tout traitement dont le processeur pourrait avoir besoin. Une unité de traitement non polyvalente sur une puce CPU peut être appelée un accélérateur ou un cœur de traitement X. X est remplacé par un objectif spécifique, tel que des cœurs de traitement neuronal et des accélérateurs neuronaux pour le traitement de l'IA.