Cosa sono i core della CPU?

Un core della CPU è una parte essenziale di qualsiasi computer. I core della CPU fanno parte di qualsiasi processore della CPU. Le moderne CPU desktop di solito hanno da due a 16 core, ognuno dei quali può occuparsi di un'attività specifica alla volta. Il numero di core disponibili è uno degli indicatori critici di quanto sia potente e veloce un PC al massimo delle prestazioni.

Vale la pena notare che i core non sono del tutto indipendenti l'uno dall'altro. A seconda del particolare design della CPU, i core possono essere più o meno strettamente collegati. Possono condividere cache, usarsi a vicenda per passare messaggi o persino condividere altri tipi di processi di comunicazione. Il più delle volte, i core saranno collegati tramite bus. C'è anche una distinzione tra CPU che hanno solo core identici e quelle che ne combinano di diversi.

Progettazione CPU

Il design storico della CPU multicore ha generalmente utilizzato una topologia CPU omogenea. Cioè, tutti i core sono identici. Ciò ha il vantaggio di richiedere solo lo sforzo di sviluppo di un'architettura di base che può essere copiata e incollata tutte le volte che è necessario. Inoltre, semplifica la pianificazione delle attività poiché tutti i core possono eseguire tutte le attività alla stessa velocità ed efficienza.

Un approccio più sfumato alla progettazione del core della CPU può essere trovato con la topologia della CPU eterogenea. In questo caso, un die della CPU ha più tipi di core, tipicamente ottimizzati per le prestazioni o l'efficienza energetica, e talvolta una via di mezzo. Questa configurazione è particolarmente utile nei dispositivi mobili, dove numerosi core efficienti forniscono buone prestazioni con un consumo minimo della batteria. Le massime prestazioni possono anche essere fornite quando necessario da core ottimizzati per prestazioni più potenti, ma a costo di un maggiore assorbimento di potenza e produzione di calore.

Storicamente, le CPU sono iniziate con un solo core e potevano gestire solo un'attività alla volta. Nel corso del tempo, con l'aumentare della domanda di hardware, non era più sufficiente. CPU più nuove e moderne sono state sviluppate e gradualmente eliminate rispetto a quelle con meno core. L'eccezione è stata rappresentata dai laptop: a causa dei limiti di spazio e di raffreddamento, le CPU dei laptop sono storicamente rimaste indietro rispetto ai computer desktop nel numero di core della CPU. I laptop moderni possono eguagliare il numero di core con i desktop, ma le CPU spesso funzionano a livelli di potenza e velocità di clock inferiori per gestire le temperature.

Mancia: Se stai cercando di costruire un computer e scegli la tua CPU, il minimo assoluto di core a cui dovresti mirare è quattro.

Multithreading

La maggior parte dei processori moderni utilizza il multi- o l'hyper-threading per aumentare il numero di core disponibili. Questo processo suddivide un core in diversi core virtuali. Nello specifico, ogni core fisico funziona come due thread. Pertanto, le CPU con quattro core possono funzionare con otto thread, il che significa che funzionano come una CPU a otto core.

Nota: alcune CPU specializzate possono offrire più di due thread per core della CPU. Tuttavia, tutti questi prodotti sono esclusivi dei mercati HPC ( High-Performance Computing ) e dei supercomputer. I core della CPU desktop possono eseguire uno o due thread.

Tuttavia, il multithreading non è una duplicazione assoluta della potenza della CPU. L'hyperthreading non raddoppia le prestazioni del core della CPU. La ricerca di Intel suggerisce che offre un aumento delle prestazioni di circa il 30%, anche se questo può variare notevolmente e, in rari casi, anche leggermente diminuire le prestazioni. Alcune app e programmi funzionano meglio di altri. I videogiochi, ad esempio, non sempre beneficiano di più core, essendo spesso più sensibili alla velocità di clock. Altri software, in particolare l'editing video e l'animazione, vengono eseguiti più lontano con core e thread aggiuntivi.

Naturalmente, è impossibile inventare core aggiuntivi, quindi i thread simulati devono condividere le risorse fisiche disponibili del loro core sottostante. Ciò può significare che i thread hanno prestazioni inferiori individualmente, ma può anche significare che le risorse sono distribuite in modo più efficace. Possono essere utilizzati da qualsiasi thread ne abbia più bisogno.

Il futuro dell'hardware

La tendenza nello sviluppo del core della CPU va decisamente verso l'implementazione di sempre più core nelle CPU. Teoricamente, sarebbe possibile costruire CPU con centinaia o addirittura migliaia di core. Questa non è ancora una realtà commerciale, con le CPU AMD Threadripper ed EPYC che hanno fino a 64 core. Per ora, tuttavia, un obiettivo più realistico è l'ottimizzazione delle prestazioni per watt. In altre parole, ridurre l'assorbimento di potenza delle CPU. Ciò avvantaggia principalmente i laptop e altri dispositivi alimentati a batteria.

La gestione del consumo energetico è fondamentale per ulteriori significativi incrementi delle prestazioni. La legge di Moore ha generalmente raddoppiato le prestazioni della CPU all'incirca ogni due anni per decenni. Questo, tuttavia, si basava principalmente sulla riduzione del nodo, ovvero su quanto piccoli potevano essere gli elementi più piccoli nella CPU.

I moderni nodi della CPU sono così piccoli che sono molto vicini ai limiti fisici sulla riduzione delle dimensioni. L'aumento delle prestazioni ha quindi significato un maggiore assorbimento di potenza e una maggiore produzione di calore. Nel prossimo futuro, le CPU dei supercomputer potrebbero produrre così tanto calore in uno spazio così piccolo che è impossibile raffreddarle con l'aria, richiedendo un raffreddamento a liquido.

Naturalmente, ci sono anche sempre nuovi tipi di CPU in fase di sviluppo. I due maggiori marchi qui, Intel e AMD, vantano ciascuno diversi tipi di design della CPU. Questo va così lontano che le rispettive CPU sono più adatte ad alcuni usi rispetto ad altri. Naturalmente, le CPU di nuova concezione offrono nuovi casi d'uso e specialità oltre a quelli esistenti.

L'architettura della CPU è un argomento complesso. Man mano che crescono sia le tecnologie disponibili che la richiesta di prestazioni più elevate, aumentano anche la potenza offerta dalle CPU e la varietà di configurazioni disponibili. Come il mercato delle GPU, il mercato delle CPU mostra segni di spostamento verso specifici acceleratori hardware. Ciò può consentire maggiori prestazioni e maggiore efficienza in compiti particolari, ma aumenta la complessità.

Conclusione

Un core della CPU è una o più parti specifiche di un die della CPU che eseguono l'elaborazione effettiva. Questi saranno tipicamente serviti e circondati da registri e cache. La stragrande maggioranza delle CPU moderne offre più core su un die CPU. I core della CPU possono essere identici o ottimizzati per diversi stadi sulla curva delle prestazioni/efficienza.

I core della CPU sono tipicamente generici, in grado di eseguire qualsiasi elaborazione di cui la CPU potrebbe aver bisogno. Un'unità di elaborazione non generica su un die della CPU può essere chiamata acceleratore o core di elaborazione X. X viene sostituito con uno scopo specifico, come i core di elaborazione neurale e gli acceleratori neurali per l'elaborazione dell'IA.