تکنولوژی multi core چیست؟
multi core به معنی در کنار هم قراردادن دو یا تعدادی ماشین محاسباتی تحت عنوان هسته به همراه یک single-processor می باشد در واقع تکنولوژی multi core زمانی توسعه پیدا کرد که افزایش سرعت در تراشه های تک هسته ای منجر به تولید گرمای فراوانی در سیستم می شد و دیگر نمی توانستند اصلاحاتی در مدلهای قبلی پردازنده ها ایجاد کنند چرا که با افزایش سرعت میزان تولید حرارت بسیار بالا می رفت.
به جز مسئله حرارت افزایش قیمت نیز مشکل دیگری بود چرا که با اندکی بالا بردن سرعت در پرازنده ها قیمت به طور چشمگیری بالا می رفت.
به جای این تغییرات اندک مهندسین ساخت تراشه های چند هسته ای را توسعه دادند.
از امکانات این ساختار استراتژی تقسیم و غلبه از طریق مجزا کردن کارها می باشد و همچنین این ساختار شامل مزیتهایی چون هسته های چند منظوره است و می تواند چند کار را در یک زمان انجام دهد.
پردازنده های multi core یک single chip هستند (که با اسم die شناخته می شود) و مستقیما به سوکت single-processor وصل می شوند.
اما سیستم عامل هر هسته اجرایی را به صورت یک پردازنده منطقی مجزا به همراه کلیه منابع وابسته به آن در نظر می گیرد با تقسیم کار بین دو هسته اجرایی یک پردازنده چند هسته ای می تواند کار را در یک سیکل زمانی مشخص انجام دهد.
تکنولوژی multi core چه کارهایی انجام می دهد؟
multi core کار با نرم افزارهای کنونی را بهتر و شرایطی را مهیا می کند که نرم افزارهایی که در آینده تولید می شوند نیز ویژگیهای کارآمدتری را داشته باشند با حرکت به سمت پردازنده های چند هسته ای نرم افزارهای سابق نیز در این plat form پشتیبانی خواهند شد و نیازی به اصلاح نخواهند داشت هر چند که فروشندگان همواره به دنبال مدلهای جدیدتر در نرم افزارها می باشند .
سیستم عامل ها همگی طوری طراحی شده اند که بتوانند از مزیتهای پردازنده های چند هسته ای استفاده کنند و بدون نیاز به اصلاح با آنها کار کنند.
و تنها لازم است که توسعه دهندگان به منظور استفاده از تمامی قابلیتهای پردازنده های چند هسته ای تغییراتی در ساختار این سیستم عامل ها ایجاد کنند.
اما پردازنده ها باید مطابق با طراحی نرم افزارهایی برای سیستم هایsymmetric multi preprocessing(smp) (چند پردازشی متقارن) باشند.
و عملیات threaded single نیز همچنان به کار خود ادامه خواهند داد چون این عملیات نیز به خاطر داشتن ساختار threaded امروزه بسیار سودمند هستند و اجرای بسیار عالی را در سیستم های چند پردازنده ای از خود نشان داده اند نرم افزارهای این رده بیشتر شامل کاربردهای multi media (خلق محتوا ویرایش و به جریان انداختن مدیا) می باشند و مهندسی و سایر عملیات محاسباتی تکنیکی جزء سطح متوسط این عملیات خدماتی قرار دارند و کمتر شامل مواردی چون پایگاه داده و یا سرور می باشند.
تکنولوژی multi core به سرورها این امکان را می دهد که وظایف را به طور موازی انجام دهند و کار با سیستم های multi core بسیار آسانتر بوده و می توان توان پردازش را در حجم کمتری بالاتر برد و همچنین با استفاده از این تکنولوژی می توان مصرف برق را کاهش داد و باعث کاهش گرمای تولیدی به هنگام محاسبات و پردازش شد.
تکنولوژی multi core و تکنولوژی hyper-threading :
تکنولوژی multi core با تکنولوژی((HT hyper-threading متفاوت است چرا که بسیار وسیع تر از آن می باشد و انعطاف پذیری و سرعت آن به مراتب بیشتر می باشد تکنولوژی HT به این معناست که برنامه نویسان باید آگاهی کامل از آن داشته باشند گرچه در thread می توانند یکبار و یا با هر دستیابی به سخت افزار اجرا شوند به منظور استفاده کامل از مزیتهای تکنولوژی HT باید با تمامی threadها کارانجام شود چرا که هر یک با دیگری تفاوت اندکی در منابع پردازنده دارد.
تکنولوژی multi core با تکنولوژی((HT hyper-threading متفاوت است چرا که بسیار وسیع تر از آن می باشد و انعطاف پذیری و سرعت آن به مراتب بیشتر می باشد تکنولوژی HT به این معناست که برنامه نویسان باید آگاهی کامل از آن داشته باشند گرچه در thread می توانند یکبار و یا با هر دستیابی به سخت افزار اجرا شوند به منظور استفاده کامل از مزیتهای تکنولوژی HT باید با تمامی threadها کارانجام شود چرا که هر یک با دیگری تفاوت اندکی در منابع پردازنده دارد.
در multi core هر هسته با یک Cache سخت افزاری واحد ریاضی انحصاری ماشین های صحیح و یک thread برنامه نویسی که می تواند از همه منابع استفاده کند کامل می شود و تازمانیکه thread دیگری استفاده از منابع را از هسته دیگر درخواست نکرده باشد از این امکانات استفاده خواهد کرد بنابراین برخی از threadهای شبیه سازی شده وجود دارند که وابسته به تعدادی از هسته ها هستند و منابع در خود هسته ها موجود نیستند همچنین هیچ احتیاجی به ثبت برنامه هایی که با تکنولوژی HT فعال می شوند برای پردازنده های چند هسته ای وجود ندارد.
عملیات سازگار با تکنولوژی HT از هسته های واقعی استفاده می کنند که به عنوان پردازنده های مجازی تلقی می شوند تکنولوژی multi core وHT هیچیک از تکنیکهای برنامه نویسی را که نیاز به تغییر دارند اجرا نمی کنند.
تکنولوژی multi core به عملیات تکنولوژی HT و multi thread اجازه می دهد که استفاده از مزیتهای منابع مختلف را افزایش دهند برای توسعه اجرای عملیات سیستم تکنیکهایی وجود دارد که از جمله موارد آن می توان به نوشتن عملیات اجرایی که مزیتها را از پردازنده های multi core که شبیه سیستم های چند پردازنده جاری می باشند استخراج می کنند اشاره کرد.
سرعت: در مقایسه با پردازنده های تک هسته ای یک پردازنده multi core با دو هسته سرعتش نزدیک به دو برابر سرعت پردازنده تک هسته ای می باشد آزمایشها نشان می دهند که اضافه کردن یک پردازنده ثانویه می تواند سرعت پردازش را تا 93% افزایش دهد با آزمایش ساختار پردازنده های دو هسته ای از گروه اینتل مانند intel e7525 chipset و پردازنده 64 بیتی intel xeon tm processor 3.6 GHZ با 2ML2 به این نتیجه دست یافتیم که با اضافه کردن یک پردازنده ثانویه قدرت اجرایی پردازنده تا 93% افزایش می یابد.
همچنین این قدرت اجرایی به نرم افزارها و سخت افزارهای استفاده شده در سیستم نیز وابسته است این کاربری ها فقط باری ساختار socket-to-socket وcore-to-core داخلی در چند هسته ای ها طراحی نشده اند.
برای مثال نسبت core-to-core تا80% تخمین زده شده است که بیانگر این مطلب است که استفاده از یک هسته ثانویه باعث افزایش قدرت پردازش تا 80% می شود پردازنده دو هسته ای 2.2GHZ مانند یک پردازنده تک هسته ای 3.6GHZ می باشد که خصوصیات مشابهی از لحاظ قیمت ، مصرف برق ، سیستم خنک کننده دارند.
نرم افزارهای وابسته و توسعه آنها: بیشتر سیستم عامل های مارکت امروزی شامل نسخه های مختلفی از windows-linux و unix می باشند که از پردازنده هایی که به عنوان سیستم های چند هسته ای تلقی می شوند پشتیبانی می کنند.
تمامی نزم افزارهایی که از تکنولوژی HT استفاده می کنند می تواند فورا با تکنولوژی multi core نیز سازگار شده و مزیتهای آنرا نیز کسب کنند و اکنون نیز که تعداد کثیری ازclientها HT-enable هستند می توانند با سیستم های multi core به راحتی سازگار شوند بسیاری از طراحان و توسعه دهندگان منابع ترجیح می دهند که روی پردازنده های اینتل که بر پایه سیستم های چند هسته ای می باشند سرمایه گذاری کنند به همین خاطر روند تولید و توسعه نرم افزارها نیز طوری ادامه می یابد که در آینده همگی با multi core سازگاری داشته باشند تا بلکه بتوانند از تمامی قابلیتهای multi core استفاده کنند.
جامعه برنامه نویسان همگی از تکنولوژی multi core پشتیبانی می کنند و تمامی تلاشهای آنها در راستای افزایش پشتیبانی نرم افزارهایشان از سیستم های molti core می باشد.
به عنوان مثال برای نوشتن یک برنامه بتواند از تمامی قابلیتهای multi core استفاده کند، Peter Buhrپروفسور دانشگاه waterloo در رشته کامپیوتر ، 4 کلاس جدید در زبان اصلی C++ ایجاد کرد او می گوید تا پنج سال آینده دیگر کامپیوتری را نمی توانید خریداری کنید که سیستم آن dual core نباشد.
همچنین کمیته استانداردهای C++ در نظر دارد که قابلیتهای multi threading را نیز در این زبان بگنجاند.
Multi coreیک مزیت بزرگ برای نرم افزارهای از رده خارج شده می باشد: بیشتر نرم افزارها طوری طراحی شده اند که با multiple threadها اجرا می شود برخی دیگر که قدیمی ترند با single-threadها روی پردازنده های تک هسته ای اجرا می شوند اما می توانند از قابلیتهای تکنولوژی multi core در محیط های چند وظیفه ای (multi tasking) استفاده کنند.
سیستم عاملهایی که از فن آوری چند هسته ای استفاده می کنند بر پایه چند پردازنده ای ها زمانبندی شده اند و توان عملیاتی سیستم آنها به صورت قابل توجهی افزایش یافته است.
سیستم عامل یک CPU Scheduler دارد که شامل trackهایی از تمامی وظایف سیستم است که اجرا می شوند و یا trackهایی که بین فرآیند ها سوییچ می شوند زیرا هر وظیفه در زمانی کوتاه به CPU ارجاع داده می شود و این نشان می دهد که تمامی عملیات در زماینکه یک CPU را به خود اختصاص می دهند به طور شبیه سازی شده ای اجرا می شوند به هر سوییچ حاصل از اجرای وظایف context گفته می شود که شامل رویه های زیر است: ایجاد پشتیبان از تمامی داده های ذخیره شده در رجیسترهایی که با وظایف قبلی در رابطه بودند.
loadکردن رجیسترهایی که زمانبند CPU سیستم عامل به آنها اجازه اجرا شدن داده است.
اجرای روشهای زمانبندی برای اخذ تصمیم در مورد اینکه وظیفه بعدی که باید اجرا شود کدام است.
load کردن رجیسترهای مربوط به وظیفه بعدی.
با استفاده از تکنولوژی multi core میزان سرریزی ثابت ناشی از switching وظایف به میزان قابل توجهی کاهش می یابد و به همین دلیل میزان پردازش کدها نیز زیادتر می شود.
میزان استفاده از سخت افزار در سیستم: تکنولوژی multi core به راحتی با یک single socket پیاده سازی می شود به جای تعویض کامپیوترها و برای تعداد پردازنده ها شما می توانید به راحتی یک پردازنده multi core را جایگزین تعدادی پردازنده single core کنید.
سازگاری: هیچ مشکلی برای ترکیب برنامه های multiple thread وsingle روی یک کامپیوترmulti core به وجود نخواهد آمد سیستم عامل می تواند پردازنده های multi core را مانند سایر سیستم ها بیند و وظایف مربوط به آنرا به درستی زمانبندی کند.
بیشتر نرم افزارها نیز عموما به منظور استفاده از مزیتهای multi coreطراحی شده اند چرا که کامپیوترهای multi core سرعت سیستم را بسیار بالا برده و انعطاف پذیر نیز می باشند.
قیمت: یک تکنولوژی multi core چقدر می ارزد؟
قیمت یک تکنولوژی multi core از یک پردازنده multi coreسریع کمتر خواهد بود چرا multi core؟
multi core به عنوان یک تکنولوژی غالب در سرورها وdesk top شناخته شده است.
برای بالاترین منفعتهای تجاری و IT تکنولوژی multi core می تواند ماهها و سالها تجارت را به جریان بیاندازد.
مزیتهای تکنولوژی multi core اینتل: اینتل با افزایش قابلیتهایی در زمینه اجرا و ذخیره سازی نقش به سزایی در توسعه مزیتهای تکنولوژی multi core داشته است.
اینتل با ذخیره سازی برق از طریق سیستم هماهنگ سازی برق دینامیک dyamic power-coodination(DPC) این امکان را فراهم ساخت که سیستم عامل بتواند به هسته درحال پردازش اعلام کند که تا زمانیکه هسته دیگری در حال کار است باید دست از کار بکشد.
وسعت محصولات کاربردی تکنولوژی multi core : اینتل راه حلهای ویژه ای در فن آوری multi core برای سرورها دستگاهها وlaptop ارائه می کند اینتل درصد مجتمع سازی DPC می باشد که از این طریق باعث افزایش طول عمر باتری می شود اولین تراشه دو هسته ای yonah laptop می باشد که اینتل قصد در مجتمع سازی DPC در آن را دارد.
مجوز پردازنده multi core: مایکروسافت که از بزرگترین فروشندگان نزم افزار جهان می باشد اعلام کرده است که قصد دارد تولیدات خود را بر اساس پردازنده ههای چند هسته ای درآورد و پروانه ساخت نزم افزارهای بر پایه multi core را دریافت کند همچنین اعلام کرده است که سیستم عاملهای ویندوزXP و ویندوز سرور 2003 می توانند در آینده با این پردازنده ها سازگار شوند.
برخی از سیستم عاملها عملیات بسیار مهم نیز مانند پایگاه داده و سرورها مجوز سازگاری با این پردازنده ها را با فرض اینکه سابق از این تراشه های آنها single processor بوده اند دریافت خواهند کرد.
کسب قابلیتهای تکنولوژی multi core: کسب قابلیتهای تکنولوژی multi core طی سه مرحله صورت می پذیرد: Upgrade کردن اصلاح قابلیتها بهینه ساختن نرم افزارها اولین مرحله Upgrade کردن پردازنده ها می باشد تکنولوژی multi core تکنولوژی انعطاف پذیری است که مدیران فن آوری IT از آن برای آماده کردن شرایطی برای رشد.
زمینه های تجاری (افزایش تعداد کاربران ، افزایش معامله ها...) بهره می برند همچنین با استفاده از این تکنولوژی می توانند plat formها را مجددا برای نسل بعدی عملیات بهینه سازی کنند.
مرحله دوم اصلاح قابلیتهای plat formهای کامپیوتر می باشد به طوری که تحت کنترل تکنولوژی multi core درآیند.
سرورها به همراه multi processorها برای سالها مورد استفاده و در دسترس همگان قرار خواهند گرفت و بیشتر عملیات شبکه می توانند از امکانات این پردازنده های اضافه شده در thread های multi software و محیطهای محاسباتیmulti tasking استفاده کنند.
در واقع پیشرفت ا multi processorها به ایجاد تکنولوژی multi core می انجامد که باعث افزایش قابلیت اجرایی سیستم ها خواهند شد.
سومین مرحله اصلاح و بهینه سازی نرم افزارها می باشد چرا که استفاده از تکنولوژی multi core یک راه موثر برای افزایش بهره وری اجرایی بدون بالا رفتن مصرف برق و ایجاد حرارت بیش از حد در سیستم می باشد.
ابزارهای نرم افزار در کامپایلرهای اینتل می توانند عملیات اجرایی مهم و قابل توجه را که به صورت threaded نیستند کامپایل و برای استفاده از ابزارهای بهینه سازی شده هماهنگ سازند.
چه کسانی می توانند از تکنولوژی multi core بهره ببرند: به طور کلی هر کسی می تواند به نحوی از این تکنولوژی بهره ببرد چرا که تکنولوژی multi core امکان پردازش بیشتری را با هزینه و مصرف برق کمتر و بدون مشکل ایجاد حرارت مهیا می سازد.
با پردازنده های multi core نیازی نیست که کاربران زمان زیادی را برای اجرای برنامه های چند گانه منتظر بمانند و عملیات multi tasking بدون تاخیر سریعتر از پردازنده هایsingle core اجرا می شوند.
نمونه هایی از پردازشهای multi tasking شامل گرفتن گزارشهای داده ای هنگام کار بر روی spread sheet و یا زمانیکه سازمانهای IT وظایفی را از طریق شبکه مانند به روز کردن نرم افزارها ، خطایابی سخت افزارها و اجرای عملیات جستجوی ویروسها انجام می دهد می باشد.
پردازنده های multi core به توسعه دهندگان و طراحان این امکان را می دهد که همچنان برای کاهش مصرف انرژی و قیمت تلاش کنند.
تکنولوژی multi core در حال حاضر از بزرگترین قابلیتها به شمار می رود.
جایگاه تکنولوژی multi core : تکنولوژی multi core در برنامه های آینده اینتل قرار گرفته است.
اینتل سرمایه گذاری کلانی را بر روی تکنولوژی multi core صورت داده است چون مرحله بعدی در سیر تکاملی سخت افزارهای پرازنده ها تکنولوژی multi core می باشد.
اینتل در حال حاضر روی 16 پروژه تراشه multi coreمشغول به کاراست.
دو تراشه پردازنده پنتیوم اینتل که برای تکنولوژی dual core مورد استفاده قرار می گیرد و تراشه high-end pc، پردازنده پنتیوم extreme edition 3.8 GHZ ، پنتیوم D ، 2 پردازنده dual core intel brand server xeon tm و work station ، تراشه های intel xeon multi processor(mp) و تراشه های intel xeon dual core(DP) برای server ها و work station ها.
تراشه dual core intel itanivm brand server و ...
.
پایان مرجع : htt//www.intel.org