ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA INFORMATICA Y SISTEMAS

INTEGRANTES: -BUSTAMANTE VILCHEZ SANTIAGO

-CHERO RAMON CESAR

-HUIMAN CHASQUIBOL ROMEY

DOCENTE: ING.NESTOR MAGO ALVARADO

CURSO: MICROPROCESADORES

TEMA: MICRO PROCESADORES MULTINUCLEO

CICLO: VI

2010-09-15

MICROPROCESADORES MULTINÚCLEO

I. INTRODUCCION

En el presente trabajo de investigación trata el tema de los microprocesadores multinúcleo, dando una interpretación y un panorama de porque se decidió fabricarlos , sus antecedentes, que funciones realiza , comparación entre las principales empresas fabricantes las cuales son INTEL y AMD, mostrando cuadros estadísticos y imágenes referido al tema.

II. HISTORIA

EL primer procesador multinúcleo en el mercado fue el IBM Power 4 en el año 2000. Una alternativa a los procesadores multinúcleo son los sistemas multiprocesadores, que consisten en una placa madre que podía soportar desde 2 a más procesadores. El rendimiento es bastante bueno, pero también es bastante caro.

La evolución de los procesadores se debió a la competencia entre los fabricantes de principal comercialización. La ardua competencia que tienen Intel y AMD por superar al rival nos lleva a ver morir productos que ni siquiera pudimos consumir ni necesitábamos hacerlo. Muchos ni siquiera disponemos aun de un procesador de doble núcleo, ni en el PC de escritorio ni en el portátil. AMD lanzo sus procesadores doble núcleo, los Athlon64 X2, luego Intel hizo lo propio con su línea Pentium D. Pentium D utilizaba la tecnología NetBurst, con cuello de botella para los datos y no alcanzaba en rendimiento a Athlon 64 X2. Intel contraataca con los Core Duo, con nueva tecnología y diseño de 65 nanómetros. Más tarde, actualiza la tecnología a la actual Core 2 Duo. AMD: pionera con su AMD Quad FX (AMD 4x4 antes de su lanzamiento). Emplea dos zócalos AM2 con HyperTransport, cada uno de los cuales permite una CPU de doble núcleo y un banco de memoria DDR2. Intel contraataca con dos Core 2 Duo en un mismo paquete compartiendo el bus de datos a la memoria, llamándolos: Core 2 Quad: procesadores con 4 núcleos y de 64 bits. Son un 70% más rápido que los Core 2 Duo. Core 2 Extreme: tienen multiplicador desbloqueado (hasta 40x), y se utilizan los mejores cristales en su fabricación, con lo cual el proceso de overclocking es más sencillo y tiene un potencial más alto. Para portátiles: en el primer semestre de 2008 se actualizan los denominados Intel Santa Rosa con la tecnología Core 2 Quad. Los procesadores serian los llamados Penryn.

La competición no termina aquí mientras Intel vende microprocesadores de cuatro núcleos que son dos paquetes de dos núcleos cada uno, AMD lanza los Opteron (nombre clave Barcelona), con cuatro núcleos de verdad individuales dentro del propio procesador. El mercado de servidores se encuentra ahora con la dualidad AMD Opteron - Intel Xeon (Core 2 Extreme), ambos con 4 núcleos. Por si fuera poco, AMD lanza Phenom para equipos de sobremesa, que llegan al mercado en el primer trimestre de 2008. Las versiones de triple núcleo (nombre código \Toliman") formarían las series Phenom 8000, las versiones de cuatro núcleos (nombre código \Agena") formaran las series Phenom 9000, y las versiones de gama alta (nombre código \Agena FX") serian las series Phenom FX. No consiguen derrotar a Intel Core 2 Quad ni siquiera en la que se suponga su mayor baza (consumo energético) ni en escala de integración (Intel utiliza ya <45nm!).

III. MARCO TEORICO:

1. Microprocesador: El microprocesador es la parte de la computadora diseñada para llevar acabo o ejecutar los programas. Este viene siendo el cerebro de la computadora, el motor, el corazón de esta máquina. Este ejecuta instrucciones que se le dan a la computadora a muy bajo nivel haciendo operaciones lógicas simples, como sumar, restar, multiplicar y dividir. El microprocesador, o simplemente el micro, es el cerebro del ordenador. Es un chip, un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen miles (o millones) de elementos llamados transistores, cuya combinación permite realizar el trabajo que tenga encomendado el chip.

2. Microprocesador Multinúcleo:

Un microprocesador multinúcleo es aquel que combina dos o más procesadores independientes en un sólo circuito integrado. Un dispositivo doble núcleo contiene solamente dos microprocesadores independientes. En general, los microprocesadores multinúcleo permiten que una computadora trabaje con Multiprocesamiento, es decir procesamiento en simultáneo con dos o más procesadores. Por otro lado, la tecnología de doble núcleo mejora el rendimiento de los entornos de trabajo multitarea y las aplicaciones con múltiples subprocesos. Por ejemplo, permite que aplicaciones fundamentales como antivirus o antiespías se ejecuten al mismo tiempo que aplicaciones empresariales con un impacto mínimo sobre el rendimiento del sistema.

Hay una cierta discrepancia en la semántica por la cual son definidos los términos "multinúcleo" y el "doble núcleo". Más comúnmente ellos son usados para referirse a una cierta clase de unidad central de

proceso (CPU), pero algunas veces también se aplican a procesadores de señal digital (DSPs) y a SoCs. Además, algunos usan estos términos únicamente para referirse a los microprocesadores multinúcleo que están fabricados en un mismo chip de circuito integrado. A estas generalmente se refieren a los microprocesadores en chips separados en el mismo paquete por otro nombre, como "multi chip module", "double core", "dual core" o "twin core".

A. DOBLE NUCLEO: Significa que la CPU, tiene no un procesador, si no dos en el mismo paquete y se distribuyen el trabajo. Lo lógico es pensar que al tener dos cerebros se puede procesar el doble de información, pero, lamentablemente, no siempre es así y hay Dos factores justifican esta limitación:

Ancho de banda / cuello de botella:

Problema común en los Pentium D, que comparten el FSB para recibir información y devolverla procesada. El FSB está limitado en ancho y encima es compartido por ambos núcleos, por lo que los datos deben esperar su turno para procesarse. AMD creó la interconexión HyperTransport, que interconecta los núcleos en varias direcciones, lo que proporciona un canal directo entre el procesador y la memoria sin tener que compartirlo con nadie. Problema de AMD) cuando AMD estaba utilizando un método de fabricación de 130nm, Intel paso al de 90nm, cuando AMD al un pudo llegar a 90nm Intel se volvió a adelantar con el de 65nm. La ventaja de poder incluir más en menos espacio y que las conexiones y distancias de los circuitos sean más pequeñas es que se necesita menos energía para mover un electrón de un lugar al otro.

B. APLICACIONES:

Pocas aplicaciones preparadas para sacar provecho de dos núcleos (incluidos los juegos). El único lugar donde se saca realmente provecho es del lado servidor y procesamiento de video.

Gran ventaja con múltiples núcleos) renderizando una imagen 3D de alta resolución, cada núcleo se puede encargar de un frame, tener muchos núcleos nos multiplicar a el tiempo ahorrado. Por esta razón se utilizan granjas de servidores para procesar películas. Básicamente se aprovechan las ventajas en todas las tareas que se puedan dividir en hilos y no ser todo un conjunto de procesamiento.

3. Clases de procesadores multinúcleo

Antes de comenzar a nombrar los diferentes procesadores multinúcleo definiéremos lo que es HyperThreading. HyperThreading: Esta tecnología fue creada por Intel, para los procesadores Pentium 4 más avanzados. El HyperThreading hace que el procesador funcione como si fuera dos procesadores. Esto fue hecho para que tenga la posibilidad de trabajar de forma multihilo multithread) real, es decir pueda ejecutar muchos hilos simultáneamente. Un procesador con la tecnología HyperThreading tiene un 5% más de transistores que el mismo procesador sin esa tecnología.

Clases de procesadores multinúcleo INTEL: PentiPentium D están conformados por dos procesadores

Pentium 4 Prescott sin HyperThreading. Core Duo Core 2 Duo Core2Quad

Clases de procesadores multinucleo AMD: Athlon 64 X2 Opteron X2 Turion X2 (Portátiles)

2005: Intel Pentium D, Intel Extreme Edition con hyper threading, Intel Core Duo. AMD Athlon 64, AMD Athlon FX.

2006: Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Extreme, AMD Athlon 64 X2

2007: Intel Core 2 Quad, AMD Quad Core

2010: Core i7 980x el primer microprocesador de 6 núcleos, con 12 hilos y de fabricación con 35nm. AMD opteron con 6 y 12 núcleos. AMD phenom IIx6 de 6 núcleos con 45nm.

4. Antecedentes de los procesadores microprocesadores multinúcleo

Los procesadores multinúcleo se basaron en los sistemas distribuidos, la computación paralela, y las tecnologías como el HyperThreading; que mostraban como dividir el trabajo entre varias unidades de ejecución.

© Procesamiento en Paralelo: El procesamiento en paralelo es la división de una aplicación en varias partes para que sean ejecutadas a la vez por diferentes unidades de ejecución. El procesamiento en paralelo se utiliza en Computación Paralela y en Computación Distribuida.

© HyperThreading: Esta tecnología fue creada por Intel, para los procesadores Pentium 4 más avanzados. El HyperThreading hace que el procesador funcione como si fuera dos procesadores. Esto fue hecho para que tenga la posibilidad de trabajar de forma multihilo (multithread) real, es decir pueda ejecutar muchos hilos simultáneamente. Un procesador con la tecnología HyperThreading tiene un 5% más de transistores que el mismo procesador sin esa tecnología. Los dos procesadores lógicos, que posee un procesador con HyperThreading, tienen su propio estado de la arquitectura: registros de control, registros de datos, registros de depuración, etc. y el APIC (controlador avanzado de interrupción programable). Los dos procesadores lógicos comparten la memoria caché, la interfaz del bus del sistema, etc.

5. Ejemplos de los procesadores microprocesadores multinúcleo Se verá un resumen de los principales procesadores multinúcleo de la actualidad. Se comienza por Intel, mostrando los procesadores multinúcleo que ha sacado al mercado, luego viene AMD, y por último se muestra al nuevo procesador Cell, se utiliza en la consola de videojuegos PlayStation 3. Procesadores multinúcleo Intel

Actualmente Intel está fabricando procesadores de 4 núcleos. Comenzó Fabricando los Pentium D en el 2005, en el 2006 lanzó los Core Duo y el Core 2 Duo, para luego seguir con los Core 2 Quad y Core i7.

Pentium D (Intel)

Los Pentium D están conformados por dos procesadores Pentium 4 Prescott sin HyperThreading. Luego Intel sacó el Pentium Extreme Edition (no confundir con el Pentium 4 Extreme Edition) que era un procesador que tenía los procesadores P4 Prescott, con la tecnología HyperThreading, lo que hacía que el software viera cuatro procesadores. Las características de los Pentium D son:

• Proceso de fabricación de 90nm • Tienen la tecnología EM64T, que permite trabajar con 64

bits de forma nativa • Utilizan núcleos SmithField (basados en los Prescott),

cada uno de ellos tiene una memoria caché L2 de 1MB • Van desde 2,80GHz, del modelo menos potente, hasta

3,20GHz para el modelo más potente.

El procesador que contiene dos núcleos Prescott se llama SmithField. Los nuevos procesadores de doble núcleo Pentium D se llaman Presler, están construidos con tecnología de fabricación

de 65nm y van desde 2,8 hasta 3,73Ghz. Tienen una caché L2 por cada núcleo de 2MB (4MB en total).

Core Duo (Intel)

Los procesadores Core Duo son una versión para los portátiles, implementan 2MB de caché de memoria compartida para ambos núcleos. Están fabricados con la tecnología de 65nm. Su velocidad va desde 1,20 hasta 2,33Ghz. El FSB (bus del sistema) va desde 533Mhz del modelo menos potente hasta 667Mhz para los demás. El gasto de energía va desde 9w hasta 31w.

Core 2 Duo (Intel)

Esta nueva familia de procesadores de Intel esta basado en la microarquitectura Core, que reemplaza a la antigua microarquitectura Netburst que fue aplicada en los demás procesadores y que ya estaba llegando a sus límites. La arquitectura Core proviene de la arquitectura de los Pentium M (utilizada por los Intel Centrino), que destaca por el gran rendimiento que obtiene de la poca energía que gasta. El Pentium M además proviene del Pentium III, y este del Pentium Pro (los Pentium 4 son una rama genealógica aparte). Las subfamilias del Core 2 Duo son: •Merom, para portátiles. •Conroe, para equipos de sobremesa. • WoodCrest, para servidores. Los Core 2 Duo, recién han salido en julio del 2006. Además de la versión normal, hay una versión extrema. Los Core 2 Duo que han sido probados, por la mayoría de testeadores, son el Core 2 Extreme X6800, el Core 2 Duo E6700 y el E6600. En las pruebas estos procesadores demuestran tener más rendimiento que el más Poderoso procesador del AMD, el AMD FX-62. Los más fuertes (X6800 y E6700) vencen en casi todo al FX-62, en algunas pruebas por un margen considerable y el tercero (E6600) está muy cerca.

Procesadores multinúcleo AMD Antes de sacar sus procesadores multinúcleo al mercado, AMD ya había conseguido un gran éxito con su procesador Athlon 64, que incorporaba la capacidad de direccionar 64 bits de memoria, la tecnología HyperTransport que era un nuevo bus bastante rápido que eliminaba cuellos de botella anteriores, y otras tecnologías. Este procesador fue tomado como base para la construcción de su procesador de doble núcleo Athlon 64 X2, que salió al mercado a partir del 2005. Para Servidores, AMD sacó el procesador Opteron X2, que se basaba también en el Opteron de un solo núcleo, el hermano mayor de los Athlon 64. Para Portátiles AMD ha sacado el Turion X2, que lleva el poder de los procesadores de doble núcleo al campo de los móviles. AMD fue el primero en sacar la tecnología de 64 bits, y también fue la primera en sacar los procesadores de doble núcleo para servidores, portátiles y computadoras de escritorio. Han tenido un gran éxito, pero con la aparición de los Core 2 Duo de Intel, basados en su exitoso Pentium M Centrino, la iniciativa vuelve a las manos de Intel en todos los frentes. La principal competencia actualmente se centra entre el Core i7 de Intel y el Phenom II de AMD. Ambos son capaces de llegar a frecuencias de 3,7Ghz con refrigeración por aire.

Phenom II

Como una renovación avanzada de los originales Phenom de AMD nos llegan los Phenom II. Tiene características similares a los Core i7 de Intel, pero muchas de éstas ya estaban incluidas en los primeros Phenom; no así en los Core 2 Quad de su competencia, Intel.

• Una microarquitectura de 4 núcleos monolíticos. • Controlador de memoria integrado en el chip. • Soporte para memoria DDR3. • Soportados por la plataforma AM2+. • Fabricados con procesos de 45 nanómetros. • Escalables hasta 3,7 GHz con refrigeración por aire y hasta

6 GHz con nitrógeno líquido.

Procesador CELL El procesador Cell es un procesador multinúcleo diseñado por las empresas IBM, Sony y Toshiba desde el marzo del 2001. Este procesador es usado por la PlayStation 3, pero se tiene previsto usarlo también en los productos electrónicos que fabrican estas empresas, que van desde televisores de alta definición hasta ordenadores. Los componentes del procesador son:

1 Power Processor Element (PPE). 8 Synergistic Processor Elements (SPEs). Bus de Interconexión de los Elementos (EIB). Controlador de Acceso Directo a Memoria (DMAC). 2 Controladores de Memoria Rambus XDR. Una interfaz Rambus FlexIO (Input / Output).

El PPE es el núcleo principal, este se encarga de coordinar el trabajo de todos los demás núcleos (SPEs), mediante la tecnología SMT (Simoultaneous Multi-Threading). El PPC toma el control del sistema operativo y deja a los SPEs el trabajo de los demás procesos. EL PPE está basado en la arquitectura PowerPC de 64 bits, tiene 32 KB de caché L1 y 512 KB de caché L2, tiene también tecnología de doble hilo y puede ejecutar dos instrucciones por hilo. Este procesador esta hecho como los RISC clásicos, o sea no es como los PowerPC tradicionales, por eso no tiene implementado la predicción de saltos, y la ejecución de instrucciones es en orden; lo que ahorra una cantidad considerable de transistores, pasando todo ese trabajo al compilador.

Los SPE son los procesadores auxiliares, son unidades de cálculo vectorial. Pueden ejecutar hasta dos instrucciones por ciclo. Cada SPE tiene 128 registros de 128 bits cada uno, 4 unidades de coma flotante, 4 unidades aritméticas enteras y una memoria local de 256 KB (esta memoria es SRAM como las memorias caché, pero no es una de ellas). Al no utilizar memoria caché, se simplifica el diseño del SPE. Los SPEs tienen memoria local para tomar los datos que requieren más rápidamente. El bus de interconexión de elementos, EIB, esta compuesto por 4 canales de datos de 128 bits, permite la comunicación entre todos los elementos del procesador, permite también cargar y mover 16GB de datos por segundo hacia y fuera del Cell respectivamente. Para mantener lleno este ancho de banda, el procesador Cell utiliza en sus controladores de I/O y la memoria las tecnologías diseñadas por la empresa Rambus (conocida por haber fabricado las veloces memorias RAM para Pentium 4, las RIMM, que no tuvieron aceptación en el mercado). La memoria XDR de Rambus es bastante rápida, llegando a velocidades 12 veces superiores a las memorias convencionales de 533Mhz actuales. La velocidad a la que llega es de 4,8Ghz. La tecnología FlexIO, también de Rambus, es una interface de entrada y salida bastante rápida. Esta constituido por 12 conexiones punto a punto unidireccionales de 1 byte, 7 de estas conexiones son de salida y 5 son de entrada. El FlexIO puede tener una velocidad desde 400Mhz hasta 8GHz. El chip Cell ha ahorrado muchos transistores al no implementar caché para los SPEs, ejecución fuera de orden, predicción de saltos, etc. dejando todo ese trabajo al compilador; con el fin de poner mas procesadores (SPEs) para aumentar el poder de procesamiento y además para que el chip sea más sencillo y gaste menos energía. Este

chip es un monstruo con sus 234 millones de transistores, la mayoría dedicados al poder de procesamiento por lo anteriormente expuesto, y como utiliza muchos "cerebros", la generación de calor se disemina por todo el procesador. Otras características de este procesador son:

Fabricación en 90nm (nanómetros). Frecuencia de trabajo desde 3.2 GHz 1,3 Voltios. Operación a 85ºC con un disipador. El prototipo tiene 221mm2. Utiliza la tecnología SOI (Silicio sobre aislante)

Otras características que tiene el Cell es que es escalable, fue diseñado para poder trabajar con otros Cell. Un PPC de un Cell tiene el potencial de comunicarse con un PPC o un SPE de otro Cell que se encuentre en la misma placa madre, en la misma red o en cualquier parte del mundo si ambos estos conectados a Internet. Otros procesadores multinúcleo importantes que han salido son:

el PowerPC G5 para las Apple. El UltraSparc T1 Niagara, poderoso procesador para

servidores, que genera un gran ahorro de energía por su relación rendimiento/energía.Su fabricante Sun Microsystems antes también ha sacado buenos procesadores multinúcleo para sus servidores.

6. Comparaciones de potencia de computo

GigaFLOPS de algunos procesadores multinúcleo y mononúcleo

Rendimiento en GigaFLOPS por núcleo y por Ghz.

Precio que paga el usuario por cada GigaFLOPS de potencia

7. FUTURO DE LOS MICROPROCESADORES DE MULTINUCLEO

Actualmente Intel y AMD están ofreciendo sus procesadores de 4 núcleos. En los siguiente años saldrán sus procesadores de 6 núcleos, 8, etc. A escalas de integración cada vez menores. Al respecto se ha comenzado una carrera en la nanotecnología que promete grandes avances en este área de la tecnología, llegando a escalas de integración del orden de pocos nanómetros.

Escalas atómicas: la nanotecnología

IBM esta desarrollando el procesador Kilocore, un procesador que tiene un núcleo principal PowerPC que maneja a 1024 núcleos auxiliares pequeños de 8 bits. En cuanto a tecnologías, IBM ha fabricado, en experimentos, chips con la tecnología SiGe (tecnología que añade al silicio, mediante procesos nanotecnológicos, capas de germanio, para mejorar sus propiedades electrónicas) que pueden alcanzar 500GHz con el cero absoluto, previendo que pueden llegar a 350 GHz a temperatura ambiente. Esta tecnología no es tan costosa, pudiéndose implementar en las fabricas de chips a muy bajo precio. Esto puede ser el comienzo de una nueva generación de procesadores ultrarrápidos, comparados con los actuales.

IV. CONCLUSIONES

Los microprocesadores multinúcleo seguirán evolucionando debido a la competencia que hay entre los fabricantes de estos y por la demanda del público y además que siempre el campo de la tecnología se va innovando.

Por lo que los procesadores multinúcleo de los fabricantes INTEL y AMD que son preferidos por el público y más usados, las empresas fabricadoras de software están obligados a crear aplicación compatibles con estas tecnologías.

Debido a la competencia que hay entre los dos fabricantes que son INTEL y AMD, estos constantemente están tratando de mejorar su producto para tener la preferencia del público, saliendo beneficiado el usuario que constantemente le generan software más eficiente.

La intensa competencia que tiene INTEL y AMD por superar al rival nos lleva a ver desaparecer productos que ni siquiera pudimos consumir ni necesitábamos hacerlo.

En si esta tecnología siempre va estar en un constante desarrollo y el único beneficiado va ser el usuario por de acuerdo a la evolución que tenga este su herramienta de trabajo será más eficiente, ya se en el factor tiempo, memoria y arquitectura.