Многоядерность, как способ увеличения производительности вычислительной системы

Существует два подхода к увеличению производительности процессора. Первый - увеличение тактовой частоты процессора, второй - увеличение количества инструкций программного кода, выполняемых за один такт процессора. Увеличение тактовой частоты не может быть бесконечным и определяется технологией изготовления процессора. При этом рост производительности не является прямо пропорциональным росту тактовой частоты, то есть наблюдается тенденция насыщаемости, когда дальнейшее увеличение тактовой частоты становится нерентабельным. Разработка более совершенных архитектур процессоров, содержащих большее число функциональных исполнительных устройств, с целью повышения количества команд, одновременно исполняемых за один такт, - традиционный альтернативный росту тактовой частоты путь повышения производительности. Но такие разработки очень сложны и дороги. Сложность разработки возрастает с ростом сложности логики экспоненциально. Можно сказать, что идея построения многоядерных микропроцессоров является развитием идеи кластеров, но в данном случае дублируется целиком процессорное ядро. Другим предшественником многоядерного подхода можно считать технологию Intel - HyperThreading, где также есть небольшое дублирование аппаратуры и использование двух потоков инструкций, использующих общее ядро. Многоядерный процессор имеет два или больше ''исполнительных ядер''. Операционная система рассматривает каждое из исполнительных ядер, как дискретный процессор со всеми необходимыми вычислительными ресурсами. Поэтому многоядерная архитектура процессора, при поддержке соответствующего программного обеспечения, осуществляет полностью параллельное выполнение нескольких программных потоков. К 2006 году все ведущие разработчики микропроцессоров создали двуядерные процессоры. Переход к многоядерным процессорам становится основным направлением повышения производительности вычислительных систем. В связи с этим, знание основ функционирования вычислительных систем на многоядерных процессорах является актуальным. Материал подготовлен в рамках Всероссийского конкурсного отбора обзорно-аналитических статей по приоритетному направлению ''Информационно-телекоммуникационные системы'' (http://www.ict.edu.ru/itkonkurs2008/).