सवाल "सीपीयू को तेज बनाने" के रूप में "अधिक कोर जोड़ने" को समान भौतिक सीमाओं का सामना क्यों नहीं किया जाता है?


2014 में, मैंने अपनी समवर्तीता के लिए कई प्रोग्रामिंग भाषाएं सुनाईं विशेषताएं। प्रदर्शन लाभ के लिए Concurrency महत्वपूर्ण माना जाता है।

इस कथन में, कई लोग 2005 के एक लेख को इंगित करते हैं नि: शुल्क दोपहर का भोजन खत्म हो गया है: इसमें एक मौलिक मोड़ है सॉफ्टवेयर। बुनियादी तर्क यह है कि घड़ी की गति में वृद्धि करना मुश्किल हो रहा है प्रोसेसर, लेकिन हम अभी भी चिप पर अधिक कोर डाल सकते हैं, और यह प्राप्त करने के लिए प्रदर्शन लाभ, लाभ लेने के लिए सॉफ़्टवेयर को लिखा जाना आवश्यक होगा एकाधिक कोर

कुछ महत्वपूर्ण उद्धरण:

हम 500 मेगाहट्र्ज सीपीयू को 1GHz CPUs के लिए रास्ता देने के लिए उपयोग करते हैं   2GHz CPUs, और इतने पर। आज हम मुख्यधारा पर 3GHz रेंज में हैं   कंप्यूटर।

मुख्य सवाल यह है कि यह कब समाप्त होगा? आखिरकार, मूर का कानून भविष्यवाणी करता है   घातीय वृद्धि, और स्पष्ट रूप से घातीय वृद्धि जारी नहीं रह सकती है   कठिन शारीरिक सीमा तक पहुंचने से पहले हमेशा; प्रकाश कोई नहीं मिल रहा है   और तेज। अंततः विकास धीमा होना चाहिए और यहां तक ​​कि अंत भी होना चाहिए।

... यह उच्च घड़ी की गति का फायदा उठाने के लिए कठिन और कठिन हो गया है   सिर्फ एक ही नहीं, बल्कि कई भौतिक मुद्दों, विशेष रूप से गर्मी (बहुत अधिक   यह और बहुत मुश्किल है), बिजली की खपत (बहुत अधिक), और   वर्तमान रिसाव की समस्याएं।

... इंटेल और अधिकांश प्रोसेसर विक्रेताओं का भविष्य चिप के रूप में कहीं और स्थित है   कंपनियां आक्रामक रूप से एक ही नई मल्टीकोर दिशाओं का पीछा करती हैं।

... मल्टीकोर एक चिप पर दो या दो से अधिक वास्तविक सीपीयू चलाने के बारे में है।

इस आलेख की भविष्यवाणियां प्रतीत होती हैं, लेकिन मुझे समझ में नहीं आता क्यों। मैं हार्डवेयर कैसे काम करता है इसके बारे में केवल बहुत अस्पष्ट विचार हैं।

मेरा oversimplified विचार है "अधिक प्रसंस्करण शक्ति पैक करने के लिए मुश्किल हो रही है एक ही स्थान पर "(गर्मी, बिजली की खपत, आदि के मुद्दों के कारण) I निष्कर्ष निकालने की उम्मीद करेगा "इसलिए, हमें बड़ा होना होगा कंप्यूटर या कई कंप्यूटरों पर हमारे कार्यक्रम चलाते हैं। "(और वास्तव में, वितरित क्लाउड कंप्यूटिंग एक चीज है जिसके बारे में हम और अधिक सुन रहे हैं।)

लेकिन समाधान का हिस्सा बहु-कोर आर्किटेक्चर लगता है। कंप्यूटर तक आकार में वृद्धि (जो वे नहीं हैं), यह सिर्फ कहने का एक और तरीका प्रतीत होता है "एक ही जगह में अधिक पॉकेटिंग पावर पैक करें"।

क्यों "अधिक कोर जोड़ें" एक ही भौतिक सीमाओं का सामना नहीं करते हैं "बनाने के लिए सीपीयू तेज़ "?

कृपया सरलतम शब्दों में बताएं जो आप कर सकते हैं। :)


108
2017-08-15 14:22


मूल


पर कुछ संबंधित प्रश्न हैं इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग: electronics.stackexchange.com/q/122050/34550  electronics.stackexchange.com/q/76580/34550 - Bob
en.wikipedia.org/wiki/Moore%27s_law पढ़ने के लायक - चूंकि हम दो अलग-अलग चीजों के बारे में बात कर रहे हैं। मूर का कानून घड़ियों के बारे में नहीं है - इसके बारे में ट्रांजिस्टर मायने रखता है - Journeyman Geek♦
आइए दिखाएं कि यह 30 साल पहले था और सीपीयू 4.77 मेगाहट्र्ज पर चला। आप एक ही कमरे में 1000 एमएमजेड सीपीयू के साथ 1000 कंप्यूटर क्यों लगा सकते हैं, भले ही 4GHz CPU प्राप्त करना असंभव था? - user20574
@NathanLong लेकिन एक तेज़ कंप्यूटर पाने के लिए और अधिक जगह (अधिक कंप्यूटरों के लिए) प्राप्त करना अभी भी बहुत आसान है। - user20574
एनालॉजी: एक कार इंजन केवल इतना आरपीएम में किया जा सकता है, लेकिन आप आसानी से दो साथ बोल्ट कर सकते हैं। - OJFord


जवाब:


सारांश

  • अर्थशास्त्र। एक सीपीयू को डिजाइन करना सस्ता और आसान है जिसमें उच्च घड़ी की गति से अधिक कोर हैं, क्योंकि:

  • बिजली के उपयोग में महत्वपूर्ण वृद्धि। घड़ी की गति में वृद्धि के रूप में सीपीयू पावर खपत तेजी से बढ़ जाती है - आप घड़ी की गति को 25% तक बढ़ाने के लिए थर्मल स्पेस में कम गति पर चलने वाले कोर की संख्या को दोगुना कर सकते हैं। 50% के लिए चौगुनी।

  • अनुक्रमिक प्रसंस्करण गति को बढ़ाने के अन्य तरीके हैं, और सीपीयू निर्माता उन लोगों का अच्छा उपयोग करते हैं।


मैं उत्कृष्ट उत्तरों पर भारी ड्राइंग करने जा रहा हूं यह प्रश्न हमारी बहन एसई साइटों में से एक पर। तो उन्हें ऊपर उठाओ!


घड़ी की गति सीमाएं

घड़ी की गति के लिए कुछ ज्ञात भौतिक सीमाएं हैं:

  • संचारण समय

    एक सर्किट को पार करने के लिए एक विद्युत सिग्नल के लिए लगने वाला समय प्रकाश की गति से सीमित होता है। यह एक कठिन सीमा है, और इसके चारों ओर कोई ज्ञात तरीका नहीं है1। गीगाहर्ट्ज-घड़ियों पर, हम इस सीमा तक पहुंच रहे हैं।

    हालांकि, हम अभी तक नहीं हैं। 1 गीगाहर्ट्ज का मतलब प्रति घड़ी टिक एक नैनोसेकंद है। उस समय, प्रकाश 30 सेमी यात्रा कर सकते हैं। 10 गीगाहर्ट्ज पर, प्रकाश 3 सेमी यात्रा कर सकते हैं। एक सिंगल सीपीयू कोर लगभग 5 मिमी चौड़ा है, इसलिए हम इन मुद्दों में 10 गीगाहर्ट्ज से पहले कहीं भी भाग लेंगे।2

  • स्विचिंग देरी

    केवल सिग्नल के लिए एक छोर से दूसरी यात्रा करने के लिए लगने वाले समय पर विचार करना पर्याप्त नहीं है। हमें सीपीयू के भीतर एक लॉजिक गेट के लिए एक राज्य से दूसरे राज्य में स्विच करने के लिए लगने वाले समय पर विचार करने की भी आवश्यकता है! जैसे-जैसे हम घड़ी की गति बढ़ाते हैं, यह एक मुद्दा बन सकता है।

    दुर्भाग्य से, मैं विशिष्टताओं के बारे में निश्चित नहीं हूं, और कोई संख्या प्रदान नहीं कर सकता।

    जाहिर है, इसमें अधिक शक्ति पंपिंग स्विचिंग तेज कर सकती है, लेकिन इससे बिजली की खपत और गर्मी अपव्यय दोनों मुद्दों का कारण बनता है। इसके अलावा, अधिक शक्ति का मतलब है कि आपको नुकसान के बिना इसे संभालने में सक्षम थोक कंडीट्स की आवश्यकता है।

  • हीट अपव्यय / बिजली की खपत

    यह बड़ा वाला है। से उद्धरण fuzzyhair2 का जवाब:

    हालिया प्रोसेसर सीएमओएस प्रौद्योगिकी का उपयोग कर निर्मित होते हैं। हर बार घड़ी चक्र होता है, बिजली समाप्त हो जाती है। इसलिए, उच्च प्रोसेसर की गति का मतलब अधिक गर्मी अपव्यय है।

    यहां कुछ सुंदर माप हैं यह आनंदटेक मंच धागा, और उन्होंने बिजली की खपत के लिए भी एक सूत्र तैयार किया (जो उत्पन्न गर्मी के साथ हाथ में चला जाता है):

    Formula
    को श्रेय Idontcare

    हम इसे निम्नलिखित ग्राफ में देख सकते हैं:

    Graph
    को श्रेय Idontcare

    जैसा कि आप देख सकते हैं, बिजली की खपत (और गर्मी उत्पन्न) तेजी से बढ़ती है क्योंकि घड़ी की गति एक निश्चित बिंदु से बढ़ जाती है। यह घड़ी की गति को असीमित रूप से बढ़ाने के लिए अव्यवहारिक बनाता है।

    बिजली के उपयोग में तेजी से वृद्धि का कारण शायद स्विचिंग देरी से संबंधित है - घड़ी की दर के अनुपात में बिजली को बढ़ाने के लिए पर्याप्त नहीं है; उच्च घड़ियों पर स्थिरता बनाए रखने के लिए वोल्टेज भी बढ़ाया जाना चाहिए। यह पूरी तरह से सही नहीं हो सकता है; किसी टिप्पणी में सुधार को इंगित करने के लिए स्वतंत्र महसूस करें, या इस उत्तर में एक संपादन करें।


अधिक कोर?

तो और कोर क्यों? खैर, मैं निश्चित रूप से इसका जवाब नहीं दे सकता। आपको इंटेल और एएमडी में लोगों से पूछना होगा। लेकिन आप ऊपर देख सकते हैं कि, आधुनिक CPUs के साथ, कुछ बिंदु पर यह घड़ी की गति को बढ़ाने के लिए अव्यवहारिक हो जाता है।

हां, मल्टीकोर भी बिजली की आवश्यकता बढ़ाता है, और गर्मी अपव्यय। लेकिन यह अच्छी तरह से संचरण के समय से बचता है और देरी के मुद्दों को स्विच करता है। और, जैसा कि आप ग्राफ से देख सकते हैं, आप घड़ी की गति में 25% की वृद्धि के रूप में एक ही थर्मल ओवरहेड के साथ एक आधुनिक सीपीयू में कोर की संख्या को आसानी से दोगुना कर सकते हैं।

कुछ लोगों ने इसे किया है - वर्तमान विश्व रिकॉर्ड overclocking 9 गीगाहर्ट्ज की शर्मीली है। लेकिन यह स्वीकार्य सीमाओं के भीतर बिजली की खपत को बनाए रखते हुए ऐसा करने के लिए एक महत्वपूर्ण इंजीनियरिंग चुनौती है। कुछ बिंदुओं पर डिजाइनरों ने फैसला किया कि अधिक काम करने के लिए और अधिक कोर जोड़ना समान्तर में ज्यादातर मामलों में प्रदर्शन के लिए एक और अधिक प्रभावी बढ़ावा प्रदान करेगा।

यही वह जगह है जहां अर्थशास्त्र आते हैं - मल्टीकोर मार्ग जाने के लिए यह सस्ता (कम डिजाइन समय, निर्माण के लिए कम जटिल) था। और यह बाजार में आसान है - जो ब्रांड को नया प्यार नहीं करता है आठ कोर टुकड़ा? (बेशक, हम जानते हैं कि जब सॉफ्टवेयर इसका उपयोग नहीं करता है तो मल्टीकोर बहुत बेकार है ...)

क्या आप वहां मौजूद हैं है मल्टीकोर के लिए नकारात्मक: अतिरिक्त कोर डालने के लिए आपको अधिक भौतिक स्थान की आवश्यकता है। हालांकि, सीपीयू प्रक्रिया के आकार लगातार बहुत कम हो जाते हैं, इसलिए पिछले डिज़ाइन की दो प्रतियां रखने के लिए बहुत सी जगह है - असली ट्रेडऑफ बड़े, अधिक जटिल, सिंगल कोर बनाने में सक्षम नहीं है। फिर फिर, कोर जटिलता में वृद्धि एक है बुरी बात एक डिजाइन दृष्टिकोण से - अधिक जटिलता = अधिक गलतियों / बग और विनिर्माण त्रुटियों। ऐसा लगता है कि हमें कुशल कोर के साथ एक सुखद माध्यम मिला है जो बहुत अधिक जगह नहीं लेना काफी आसान है।

हमने पहले से ही कोर की संख्या के साथ एक सीमा को मारा है जिसे हम मौजूदा प्रक्रिया आकारों पर एक ही मरने पर फिट कर सकते हैं। हम इस सीमा की हिट कर सकते हैं कि हम जल्द ही चीजों को कैसे कम कर सकते हैं। तो फिर आगे क्या? क्या हमें और चाहिए? दुर्भाग्यवश, जवाब देना मुश्किल है। कोई भी यहाँ एक clairvoyant?


प्रदर्शन में सुधार के अन्य तरीके

तो, हम घड़ी की गति में वृद्धि नहीं कर सकते हैं। और अधिक कोरों के पास एक अतिरिक्त नुकसान होता है - अर्थात्, वे केवल तभी मदद करते हैं जब उनके द्वारा चल रहे सॉफ़्टवेयर का उपयोग किया जा सके।

तो, हम और क्या कर सकते हैं? पुराने सीपीयू एक ही घड़ी की गति से पुराने लोगों की तुलना में इतनी तेजी से कैसे हैं?

घड़ी की गति वास्तव में केवल एक सीपीयू की आंतरिक कार्यप्रणाली का एक बहुत ही मोटा अनुमान है। उस गति पर एक सीपीयू काम के सभी घटक नहीं - कुछ हर दो टिक, आदि में एक बार काम कर सकते हैं ..

की संख्या और अधिक महत्वपूर्ण है अनुदेश आप समय की प्रति इकाई निष्पादित कर सकते हैं। यह एक बहुत ही बेहतर उपाय है कि एक सीपीयू कोर कितना पूरा कर सकता है। कुछ निर्देश; कुछ एक घड़ी चक्र लेंगे, कुछ तीन ले लेंगे। उदाहरण के लिए, डिवीजन, जोड़ के मुकाबले काफी धीमी है।

इसलिए, हम प्रति सेकंड निष्पादित निर्देशों की संख्या को बढ़ाकर एक सीपीयू बेहतर प्रदर्शन कर सकते हैं। कैसे? खैर, आप एक निर्देश अधिक कुशल बना सकते हैं - शायद विभाजन में केवल दो चक्र लगते हैं। फिर वहाँ है निर्देश पाइपलाइनिंग। प्रत्येक चरण को कई चरणों में तोड़कर, "समांतर में" निर्देशों को निष्पादित करना संभव है - लेकिन प्रत्येक निर्देश में अभी भी इसके बाद और बाद में निर्देशों के अनुरूप एक अच्छी तरह से परिभाषित, अनुक्रमिक, आदेश है, इसलिए इसे मल्टीकोर जैसे सॉफ़्टवेयर समर्थन की आवश्यकता नहीं है कर देता है।

वहाँ है एक और रास्ता: अधिक विशेष निर्देश। हमने एसएसई जैसी चीजें देखी हैं, जो एक समय में बड़ी मात्रा में डेटा संसाधित करने के निर्देश प्रदान करती हैं। इसी तरह के लक्ष्यों के साथ लगातार नए निर्देश सेट पेश किए जा रहे हैं। इन्हें फिर से, सॉफ्टवेयर समर्थन की आवश्यकता होती है और हार्डवेयर की जटिलता में वृद्धि होती है, लेकिन वे एक अच्छा प्रदर्शन बढ़ावा प्रदान करते हैं। हाल ही में, एईएस-एनआई था, जो हार्डवेयर-त्वरित एईएस एन्क्रिप्शन और डिक्रिप्शन प्रदान करता है, सॉफ्टवेयर में लागू अंकगणित के गुच्छा से कहीं अधिक तेज है।


1 सैद्धांतिक क्वांटम भौतिकी में काफी गहराई से नहीं, वैसे भी।

2 यह वास्तव में कम हो सकता है, क्योंकि विद्युत क्षेत्र का प्रचार वैक्यूम में प्रकाश की गति जितना तेज़ नहीं होता है। साथ ही, यह केवल सीधी रेखा दूरी के लिए है - यह संभावना है कि कम से कम एक पथ है जो सीधी रेखा से काफी लंबा है।


142
2017-08-15 15:13



इसके अलावा, कई अनुप्रयोगों में बाधा गणना गणना समय नहीं है, लेकिन रैम से डेटा लाने के लिए स्टाल समय (या, भगवान इसे डिस्क से मना कर देता है); इसलिए, एक और प्रमुख गति तेज, तेज प्रोसेसर कैश से आता है। - Matteo Italia
@MatteoItalia Yup। और शाखा भविष्यवाणी में सुधार भी है, और शायद कहीं ज्यादा मुझे नहीं पता है। प्रोसेसर के बाहर, हमारे पास तेज बसें, तेज मेमोरी, तेज डिस्क और संबंधित प्रोटोकॉल आदि भी हैं .. - Bob
आपने बताया कि प्रकाश की गति की "हार्ड सीमा" से संबंधित मुद्दे "पिछले 20 गीगाहर्ट्ज" पर होंगे। आपकी गणना सही नहीं है; विद्युत सिग्नल तार की ज्यामिति के आधार पर प्रकाश की गति से कम गति पर यात्रा करते हैं। - Giulio Muscarello
इस संबंध के लिए पूरी तरह से अधिक सही शब्द होने पर कृपया "घातीय" का उपयोग न करें (वर्ग, घन, आदि) ... - Oliver Charlesworth
@ ओली क्रिसल्सवर्थ कृपया फुटनोट पढ़ें। ये है ठीक फुटनोट क्यों है, और मेरे पास हर जगह इसका संदर्भ क्यों है exponential प्रयोग किया जाता है। यह शब्द का एक पूर्ण रूप से वैध उपयोग है, और यह गणितीय विवरण में उलझने के लिए इस उत्तर के बिंदु पर स्पर्शपूर्ण होगा। यदि आप वास्तव में इसे "सही" करने का प्रयास करना चाहते हैं, तो एक संपादन का सुझाव देने में संकोच न करें। यदि यह स्वीकार किया जाता है या नहीं, तब तक यह मेरे ऊपर नहीं होगा, जब तक आप अर्थ को महत्वपूर्ण रूप से परिवर्तित नहीं करते हैं। - Bob


भौतिकी भौतिकी है। हम हमेशा के लिए कभी भी छोटी जगहों में अधिक ट्रांजिस्टर पैकिंग नहीं रख सकते हैं। किसी बिंदु पर यह इतना छोटा हो जाता है कि आप अजीब क्वांटम बकवास से निपटते हैं। किसी बिंदु पर हम पैक नहीं कर सकते हैं दो बार एक वर्ष में कई ट्रांजिस्टर के रूप में हम करते थे (जो मूर के कानून के बारे में है)।

कच्चे घड़ियों का मतलब कुछ भी नहीं है। मेरा पुराना पेंटियम एम समकालीन डेस्कटॉप सीपीयू की लगभग आधा घड़ी की गति थी (और फिर भी कई मामलों में और तेज) - और आधुनिक प्रणाली हैं मात्र 10 साल पहले सिस्टम की गति के करीब (और स्पष्ट रूप से तेज़ हैं)। मूल रूप से 'बस' क्लॉस्पेड को टक्कर मारने से कई मामलों में वास्तविक प्रदर्शन लाभ नहीं मिलता है। यह मदद कर सकता है कुछ सिंगलथ्रेडेड ऑपरेशंस, लेकिन आप डिज़ाइन बजट को बाकी सब कुछ के मामले में बेहतर दक्षता पर खर्च करने से बेहतर हैं।

एकाधिक कोर आपको करने देते हैं दो  या एक बार में अधिक चीजें, इसलिए आपको अगले चीज़ के लिए एक चीज खत्म होने की प्रतीक्षा करने की आवश्यकता नहीं है। कम अवधि पर, आप केवल दो मौजूदा कोरों को उसी पैकेज में पॉप कर सकते हैं (उदाहरण के लिए पेंटियम डीएस, और उनके एमसीएम, जो एक संक्रमणकालीन डिजाइन था) और आपके पास एक प्रणाली है जो दो गुना तेज है। अधिकांश आधुनिक कार्यान्वयन निश्चित रूप से स्मृति नियंत्रक की तरह चीजें साझा करते हैं।

आप विभिन्न तरीकों से भी बेहतर बना सकते हैं। एआरएम बिग-लिटिल करता है - इसमें 4 'कमजोर' कम पावर कोर होते हैं जो 4 और शक्तिशाली कोर के साथ काम करते हैं ताकि आपके पास दोनों दुनिया के सर्वश्रेष्ठ हों। इंटेल आपको थ्रॉटल (बेहतर बिजली प्रभावशीलता के लिए) या ओवरक्लॉक करने देता है विशिष्ट कोर (बेहतर सिंगल थ्रेड प्रदर्शन के लिए)। मुझे याद है कि एएमडी मॉड्यूल के साथ कुछ करता है।

आप मेमोरी कंट्रोलर जैसी चीजों को भी स्थानांतरित कर सकते हैं (इसलिए आपके पास कम विलंबता है) और आईओ संबंधित फ़ंक्शन (आधुनिक सीपीयू का कोई उत्तर पुल नहीं है) साथ ही साथ वीडियो (जो लैपटॉप और एआईडब्ल्यू डिज़ाइन के साथ अधिक महत्वपूर्ण है)। 'चीजों' को चट्टानों पर चढ़ने के बजाय इन चीजों को करने के लिए और अधिक समझदारी होती है।

कुछ बिंदु पर 'अधिक' कोर काम नहीं कर सकते - हालांकि जीपीयू के पास है सैकड़ों अवश्य ही।

मल्टीकोरस जैसे कंप्यूटर काम करते हैं होशियार इन सभी तरीकों से।


14
2017-08-15 14:36



ध्यान दिया जाना चाहिए कि जीपीयू कोर को एक बहुत ही विशिष्ट उद्देश्य के लिए डिजाइन किया गया है, क्योंकि सीपीयू कोर के विपरीत जो सामान्य उद्देश्य की अधिक चीज़ हैं। यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि वीडियो कार्ड बोर्ड सीपीयू के मुकाबले काफी बड़े हैं (जिसका अर्थ है कि कोर बोर्ड के सभी कमरे का उपयोग नहीं कर रहे हैं, फिर भी गर्मी को खत्म करने के लिए उनके पास बहुत अधिक जगह है)। - user2366842
सच है, लेकिन यह एक उदाहरण है जहां आप अत्यधिक मात्रा में कोर को स्केल करते हैं। मैं शायद इस जवाब को सुबह में फिर से देखूंगा - Journeyman Geek♦
"आप एक ही पैकेज में बस दो मौजूदा कोर पॉप कर सकते हैं"। लेकिन अतिरिक्त कोर के लिए और अधिक जगह का उपयोग किए बिना वे इसे कैसे प्राप्त करते हैं किस तरह?! जादू? यूनिकॉर्न्स? पिल्ले? (आपके अवतार से, मुझे बाद में संदेह है) - That Brazilian Guy
पेंटियम डीएस थे en.wikipedia.org/wiki/Pentium_D मूल रूप से - Journeyman Geek♦
wierd quantum crap अकेले उसके लिए + 1! - Dave


सरल जवाब

प्रश्न का सबसे सरल जवाब

"सीपीयू को तेज बनाने" के रूप में "अधिक कोर जोड़ने" को समान भौतिक सीमाओं का सामना क्यों नहीं किया जाता है?

वास्तव में आपके प्रश्न के दूसरे भाग में पाया जाता है:

मैं निष्कर्ष निकालने की अपेक्षा करता हूं "इसलिए, हमें बड़े कंप्यूटर रखना होगा या हमारे कंप्यूटर को कई कंप्यूटरों पर चलाने होंगे।"

संक्षेप में, एकाधिक कोर एक ही डिवाइस पर एकाधिक "कंप्यूटर" होने की तरह है।

जटिल जवाब

एक "कोर" कंप्यूटर का हिस्सा है जो वास्तव में निर्देशों को जोड़ता है (जोड़ना, गुणा करना, "और" आईएनजी, आदि)। एक कोर केवल एक ही समय में एक ही निर्देश निष्पादित कर सकता है। यदि आप चाहते हैं कि आपका कंप्यूटर "अधिक शक्तिशाली" हो, तो आप दो मूल बातें कर सकते हैं:

  1. थ्रूपुट बढ़ाएं (घड़ी की दर में वृद्धि करें, भौतिक आकार घटाएं, आदि)
  2. एक ही कंप्यूटर में अधिक कोर का प्रयोग करें

# 1 की भौतिक सीमाएं मुख्य रूप से प्रसंस्करण और सर्किट में इलेक्ट्रॉन की गति के कारण गर्मी को कम करने की आवश्यकता होती हैं। एक बार जब आप उनमें से कुछ ट्रांजिस्टर को एक अलग कोर में विभाजित कर देते हैं, तो आप गर्मी की समस्या को बड़ी मात्रा में कम कर देते हैं।

# 2 के लिए एक महत्वपूर्ण सीमा है: आपको अपनी समस्या को कई में विभाजित करने में सक्षम होना चाहिए स्वतंत्र समस्याओं, और फिर जवाब गठबंधन। एक आधुनिक व्यक्तिगत कंप्यूटर पर, यह वास्तव में एक समस्या नहीं है, क्योंकि वहां बहुत से स्वतंत्र समस्याएं हैं जो कम्प्यूटर के साथ कम्प्यूटेशनल समय के लिए इच्छुक हैं। लेकिन गहन कम्प्यूटेशनल समस्याओं को करते समय, एकाधिक कोर केवल वास्तव में मदद करते हैं यदि समस्या समेकन के लिए उपयुक्त है।


9
2017-08-15 17:13



'एकाधिक कोर एक ही डिवाइस पर एकाधिक "कंप्यूटर" होने की तरह है।' ठीक है, लेकिन मेरा भ्रम था, आप वहां उन सभी को कैसे फिट करते हैं? मैंने सोचा "हम तेजी से नहीं जा सकते" का एक लक्षण था "हम चीजों को और भी कम नहीं कर सकते।" - Nathan Long
एकाधिक कोर अधिक जगह लेते हैं, चिप्स बड़े हो रहे हैं। बोझ को सीपीयू से सॉफ़्टवेयर इंजीनियर में स्थानांतरित कर दिया गया है ... वास्तव में इन विशाल बहु-कोर सीपीयू में से एक पर तेजी से दौड़ने के लिए सॉफ़्टवेयर को लिखा जाना चाहिए कि आप अपना काम आधे में घटा सकते हैं और दोनों हिस्सों को स्वतंत्र रूप से कर सकते हैं। - James
एक संक्षिप्त जवाब यह है कि बिजली की खपत घड़ी की गति के घन के समान होती है। लंबी दूरी की यात्रा करने वाले सिग्नल के साथ, एकल थ्रेड भ्रम को बनाए रखने के लिए कठिन हो जाता है। विस्तृत उत्तर: अमेजन डॉट कॉम/… - Rob


"सीपीयू को तेज बनाने" के रूप में "अधिक कोर जोड़ने" को समान भौतिक सीमाओं का सामना क्यों नहीं किया जाता है?

उन्हें एक ही भौतिक सीमाओं का सामना करना पड़ता है, लेकिन मल्टीकोर डिज़ाइन पर स्विच करने से हम उनमें से कुछ को मारने से पहले कुछ श्वास स्थान देते हैं। साथ ही उन सीमाओं के कारण अन्य समस्याएं उत्पन्न होती हैं, लेकिन उन्हें दूर करना आसान होता है।

तथ्य 1: बिजली की खपत और उत्सर्जित गर्मी कम्प्यूटेशनल पावर की तुलना में तेज़ी से बढ़ती है। 1 गीगाहर्ट्ज से 2 गीगाहर्ट्ज तक एक सीपीयू को धक्का देना बिजली की खपत को 20 डब्ल्यू से 80 डब्ल्यू तक धक्का देगा, वही गर्मी के साथ। (मैंने अभी इन नंबरों को बनाया है, लेकिन यह काफी काम करता है)

तथ्य 2: दूसरे सीपीयू खरीदना और 1 गीगाहर्ट्ज पर दोनों चलाना आपके कम्प्यूटेशनल पावर को दोगुना कर देगा। 1 गीगाहर्ट्ज पर चलने वाले दो सीपीयू एक ही मात्रा में डेटा को 2 गीगाहर्ट्ज सीपीयू के रूप में संसाधित कर सकते हैं, लेकिन प्रत्येक व्यक्ति केवल 20 डब्ल्यू ऊर्जा का उपभोग करेगा, जो कुल मिलाकर 40 डब्ल्यू है।

फायदा: घड़ी की आवृत्ति के बजाय दोगुनी सीपीयू संख्या हमें कुछ ऊर्जा बचाती है और हम पहले के रूप में "आवृत्ति बाधा" के करीब नहीं हैं।

संकट: आपको दो सीपीयू के बीच काम को विभाजित करना होगा और परिणामों को बाद में जोड़ना होगा।

यदि आप स्वीकार्य समय में इस समस्या को हल कर सकते हैं और कम से कम ऊर्जा का उपयोग कर सकते हैं, तो आपने अभी सीपीयू का उपयोग करने के लिए धन्यवाद दिया है।

अब आपको दो सीपीयू को एक ड्यूल-कोर सीपीयू में मर्ज करना होगा और आप घर हैं। यह फायदेमंद है क्योंकि कोर सीपीयू के कुछ हिस्सों को साझा कर सकते हैं, उदाहरण के लिए कैश (संबंधित उत्तर)।


6
2017-08-15 19:43



हम 1000 अलग-अलग तरीकों से भौतिक सीमाओं को मारते रहते हैं, मरने का आकार (बहु-कोर के लिए जो छोटी विनिर्माण प्रक्रिया की ओर जाता है), मोबो का आकार (बहु सीपीयू के लिए), निशान (दोनों) के माध्यम से खींचे गए एम्पस। ऐसा नहीं है कि आप एम-एटीएक्स या 4 पर 2 सीपीयू लगा सकते हैं और एटीएक्स बोर्ड पर मेमोरी डाल सकते हैं और उन डिज़ाइनों को बदलने के लिए डेकडेस लेते हैं। मैं बाकी के साथ सहमत हूँ। - Rostol
@ रोस्टोल यह एक अच्छा मुद्दा है, मैंने जवाब संपादित किया है। - gronostaj


लंबी कहानी छोटी: एकल कोर को तेज करना इसकी सीमा तक पहुंच गया है, इसलिए हम उन्हें कम करते रहते हैं और उनमें से अधिक जोड़ते हैं, जब तक कि यह इसकी सीमा तक नहीं पहुंच जाता है या हम बेहतर सामग्री में बदल सकते हैं (या एक मूलभूत सफलता हासिल कर सकते हैं जो स्थापित तकनीक को खत्म कर देता है, कुछ ऐसा घर के आकार, वास्तव में काम कर रहे, क्वांटम कंप्यूटिंग)।

मुझे लगता है कि यह समस्या बहु-आयामी है और यह अधिक पूर्ण तस्वीर पेंट करने के लिए कुछ लेखन लेगी:

  1. शारीरिक सीमाएं (वास्तविक भौतिकी द्वारा लगाया गया): प्रकाश की गति, क्वांटम यांत्रिकी, सब कुछ।
  2. विनिर्माण समस्याएं: हम आवश्यक परिशुद्धता के साथ कभी भी छोटे संरचनाओं का निर्माण कैसे करते हैं? कच्चे माल से संबंधित समस्याओं, सर्किट usw., स्थायित्व बनाने के लिए इस्तेमाल सामग्री।
  3. वास्तुकला की समस्याएं: गर्मी, अनुमान, बिजली की खपत इत्यादि।
  4. आर्थिक समस्याएं: उपयोगकर्ता को अधिक प्रदर्शन करने का सबसे सस्ता तरीका क्या है?
  5. प्रदर्शन के उपयोग और उपयोगकर्ता धारणा।

कई और हो सकते हैं। एक बहुउद्देशीय सीपीयू इन सभी कारकों (और अधिक) को एक, बड़े पैमाने पर उत्पादित चिप में फैलाने का समाधान ढूंढने का प्रयास कर रहा है जो बाजार पर 93% विषयों को फिट करता है। जैसा कि आप देखते हैं, अंतिम बिंदु सबसे महत्वपूर्ण एक है, ग्राहक धारणा, जो सीधे सीपीयू का उपयोग करने के तरीके से ली गई है।

खुद से पूछें कि आपका सामान्य आवेदन क्या है? हो सकता है: 25 फ़ायरफ़ॉक्स टैब, प्रत्येक पृष्ठभूमि में कुछ विज्ञापन बजाते हैं, जबकि आप संगीत सुन रहे होते हैं, सब कुछ आपके निर्माण कार्य की प्रतीक्षा करते समय आपने 2 घंटे पहले खत्म करने के लिए शुरू किया था। यह बहुत काम है, और फिर भी आप एक चिकनी अनुभव चाहते हैं। लेकिन आपका सीपीयू उस समय एक कार्य को संभाल सकता है! एक चीज़ पर तो आप क्या करते हैं, आप चीजों को विभाजित करते हैं और लूंग कतार बनाते हैं और हर किसी को अपना हिस्सा मिल जाता है और सभी खुश होते हैं। आपके लिए छोड़कर क्योंकि सभी चीजें कमजोर हो जाती हैं और बिल्कुल चिकनी नहीं होती हैं।

तो आप एक ही समय में अधिक संचालन करने के लिए, अपने सीपीयू को तेज करें। लेकिन जैसा कि आपने कहा: गर्मी और बिजली की खपत। और यही वह जगह है जहां हम कच्चे माल के हिस्से में आते हैं। सिलिकॉन अधिक प्रवाहकीय हो जाता है क्योंकि यह गर्म हो जाता है, जिसका अर्थ यह है कि सामग्री के माध्यम से अधिक प्रवाह बहता है जब आप इसे गर्म करते हैं। ट्रांजिस्टर के पास उच्च शक्ति खपत होती है क्योंकि आप उन्हें तेज़ी से बदलते हैं। इसके अलावा उच्च आवृत्तियों छोटे तारों के बीच क्रॉसस्टॉक बनाते हैं। तो आप देखते हैं, गति की चीजों के दृष्टिकोण से "मंदी" हो जाएगी। जब तक हमारे पास सिलिकॉन या बेहतर बेहतर ट्रांजिस्टर की तुलना में बेहतर कच्ची सामग्री नहीं है, हम अटक जाते हैं जहां हम एकल कोर गति के साथ होते हैं।

यह हमें वापस ले जाता है जहां हमने शुरू किया था। समानांतर में, सामान पूरा करना। चलो एक और कोर जोड़ें। अब हम वास्तव में एक बार में दो चीजें कर सकते हैं। तो आइए चीजों को थोड़ा सा ठंडा करें और केवल सॉफ्टवेयर लिखें जो अपने काम को दो, कम शक्तिशाली लेकिन अधिक कार्यात्मक कोरों में विभाजित कर सकता है। इस दृष्टिकोण में दो मुख्य समस्याएं हैं (इसके अलावा इसे सॉफ़्टवेयर की दुनिया के अनुकूल होने के लिए समय चाहिए): 1. चिप को बड़ा बनाएं, या व्यक्तिगत कोर को छोटा बनाएं। 2. कुछ कार्यों को आसानी से दो हिस्सों में विभाजित नहीं किया जा सकता है जो एक साथ चलते हैं। जब तक आप उन्हें कम कर सकते हैं, या चिप को बड़ा बनाते हैं और गर्मी की समस्या को खाड़ी में रखते हैं तब तक कोर जोड़ते रहें। ओह और चलो ग्राहक को मत भूलना। अगर हम अपने उपयोगकेज बदलते हैं, तो उद्योगों को अनुकूलित करना होगा। मोबाइल क्षेत्र के साथ आने वाली सभी चमकदार "नई" चीजें देखें। यही कारण है कि मोबाइल क्षेत्र को इतना महत्वपूर्ण माना जाता है और हर कोई इस पर अपना हाथ लेना चाहता है।

हां, यह रणनीति अपनी सीमाओं तक पहुंच जाएगी! और इंटेल इसे जानता है, यही कारण है कि वे कहते हैं कि भविष्य कहीं और है। लेकिन जब तक यह सस्ता और प्रभावी और व्यावहारिक होता है तब तक वे इसे तब तक जारी रखेंगे।

अंतिम लेकिन कम से कम नहीं: भौतिकी। क्वांटम यांत्रिकी चिप सिकुड़ने को सीमित कर देगा। प्रकाश की गति अभी तक एक सीमा नहीं है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन सिलिकॉन में प्रकाश की गति से यात्रा नहीं कर सकते हैं, वास्तव में यह उससे धीमा है। इसके अलावा, यह आवेग गति है जो सामग्री द्वारा दी गई गति पर हार्ड कैप रखती है। जैसे ही हवा हवा की तुलना में पानी में तेजी से यात्रा करती है, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रिक आवेग तेजी से यात्रा करते हैं, उदाहरण के लिए, सिलिकॉन की तुलना में graphene। यह कच्चे माल की ओर जाता है। ग्रैफेन महान है जहां तक ​​इसके विद्युत गुण जाते हैं। यह सीपीयू बनाने के लिए एक बेहतर सामग्री बना देगा, दुर्भाग्य से बड़ी मात्रा में उत्पादन करना बहुत मुश्किल है।


5
2017-08-15 15:49





कहें (एक अवास्तविक उदाहरण के रूप में, लेकिन अभी भी बिंदु प्राप्त करना चाहिए) आपके पास एक सीपीयू है जो 100 एफ पर चल रहा है। आम तौर पर कितना मल्टीकोर काम करता है घड़ी घड़ी आवृत्ति ले कर वह सीपीयू जो 100 एफ पर चल रहा है, और इसे कम करता है, इस प्रकार गति को कम करता है। चूंकि यह अब गर्म के रूप में नहीं चल रहा है, इसलिए वे सीपीयू के समग्र तापमान को काफी प्रभावित किए बिना मल्टीकोर से लाभ प्राप्त करने के बिना इसके आगे एक दूसरा, तीसरा, या यहां तक ​​कि चौथा एक भी प्लॉट कर सकते हैं। यह स्पष्ट रूप से कुछ ओवरहेड के साथ आता है, क्योंकि कोर को अभी भी एक स्थान से एक स्थान से नियंत्रित किया जाना चाहिए। जितना अधिक कोर आप जोड़ते हैं, उतना अधिक उपर है। एकल कोर के रूप में, जितना अधिक आप उन पर गति को क्रैंक करते हैं, उतना ही गर्मी उत्पन्न होती है। इसमें स्पष्ट रूप से शारीरिक सीमाएं हैं (यानी एक निश्चित बिंदु के बाद, यह प्रदर्शन के लिए हानिकारक हो जाना शुरू हो जाता है, और यहां तक ​​कि खतरनाक भी होता है यदि यह बहुत गर्म हो जाता है)

समय बीतने के बाद, उन्हें सीपीयू के भौतिक आकार को कम करने के तरीके मिल गए हैं, यही कारण है कि हमने वास्तव में और अधिक जगह की आवश्यकता की आवश्यकता में भाग नहीं लिया है, उदाहरण के लिए, 16 कोर सीपीयू वास्तव में मौजूद नहीं हैं (पर लेखन के समय) भौतिक आकार सीमाओं के कारण सर्वर ग्रेड उपकरण के बाहर, क्योंकि सर्वर ग्रेड सीपीयू मानक उपभोक्ता ग्रेड से काफी अधिक शारीरिक रूप से बड़े हैं।


2
2017-08-15 14:30





सीपीयू = कार इंजन: 16 वाल्व के साथ एक और शक्तिशाली कार बनाना आसान है, यानी एक रैम्बोरिनी, एक उच्च आरपीएम कार की तुलना में, जिसमें 100 000 आरपीएम पर एक विशाल वाल्व / सिलेंडर होगा।

कारण भौतिक और रासायनिक हैं, सिलिकॉन को कोर और कोर स्पीड की संख्या के बीच संतुलन बदलने के लिए एक कम्प्यूटेशनल रॉकेट ईंधन के साथ प्रतिस्थापित करने की आवश्यकता है।


2
2017-08-17 07:58