معالج متعدد النوى

المعالجات متعددة النوى هي نوع خاص من المعالجات متعددة النوى، مصممة لمعالجة البيانات بشكل متوازٍ عالٍ ، وتحتوي على العديد من نوى المعالجة المستقلة والبسيطة (من بضع عشرات من النوى إلى آلاف أو أكثر). تُستخدم المعالجات متعددة النوى على نطاق واسع في الحواسيب المدمجة والحوسبة عالية الأداء .

تتميز المعالجات متعددة النوى عن المعالجات متعددة النوى بأنها مُحسَّنة منذ البداية لتحقيق درجة أعلى من التوازي الصريح ، ولتحقيق إنتاجية أعلى (أو استهلاك أقل للطاقة) على حساب زمن الوصول وأداء أقل للخيط الواحد .

على النقيض من ذلك، تُصمَّم فئة المعالجات متعددة النوى الأوسع نطاقًا عادةً لتشغيل التعليمات البرمجية المتوازية والمتسلسلة بكفاءة ، ولذلك تُركِّز بشكل أكبر على الأداء العالي للخيط الواحد (مثل تخصيص المزيد من السيليكون للتنفيذ خارج الترتيب ، وخطوط الأنابيب الأعمق ، ووحدات التنفيذ فائقة القياس ، وذاكرات التخزين المؤقت الأكبر والأكثر عمومية)، والذاكرة المشتركة . تُخصِّص هذه التقنيات موارد وقت التشغيل لاكتشاف التوازي الضمني في خيط واحد. تُستخدم هذه المعالجات في الأنظمة التي تطورت فيها باستمرار (مع التوافق مع الإصدارات السابقة) من المعالجات أحادية النواة. عادةً ما تحتوي على عدد قليل من النوى (مثل 2 أو 4 أو 8)، ويمكن استكمالها بمُسرِّع متعدد النوى ( مثل وحدة معالجة الرسومات ) في نظام غير متجانس .

يُعدّ تماسك الذاكرة المخبئية مشكلة تحدّ من قابلية توسيع نطاق المعالجات متعددة النوى. يمكن للمعالجات متعددة النوى تجاوز هذه المشكلة باستخدام أساليب مثل تمرير الرسائل ، ^{[ 1 ]} وذاكرة التخزين المؤقت ، والوصول المباشر إلى الذاكرة ، ^{[ 2 ]} ومساحة العناوين العامة المقسمة ، ^{[ 3 ]} أو ذاكرات التخزين المؤقت للقراءة فقط/غير المتماسكة. يتيح المعالج متعدد النوى الذي يستخدم شبكة على شريحة وذاكرة محلية للبرمجيات فرصة تحسين التخطيط المكاني للمهام بشكل صريح (كما هو الحال في الأدوات المطورة لـ TrueNorth ). ^{[ 4 ]}

قد يكون للمعالجات متعددة النوى قواسم مشتركة أكثر (من الناحية المفاهيمية) مع التقنيات التي نشأت في الحوسبة عالية الأداء مثل المجموعات والمعالجات المتجهة . ^{[ 5 ]}

يمكن اعتبار وحدات معالجة الرسومات (GPUs) شكلاً من أشكال المعالجات متعددة النوى التي تحتوي على وحدات معالجة تظليل متعددة ، وهي مناسبة فقط للتعليمات البرمجية المتوازية للغاية (إنتاجية عالية، ولكن أداء ضعيف للغاية في الخيوط المفردة).

• واجهة تمرير الرسائل
• OpenCL ^{[ 6 ]} أو واجهات برمجة التطبيقات الأخرى التي تدعم نواة الحوسبة
• مساحة عناوين عالمية مقسمة
• عارض أزياء ممثل
• OpenMP ^{[ 7 ]}
• تدفق البيانات

• وحدات معالجة الرسومات (GPUs) ، والتي يمكن وصفها بأنها معالجات متجهة متعددة النوى.
• مصفوفة معالجات متوازية ضخمة
• مصفوفة غير متزامنة من المعالجات البسيطة
• الهندسة المعمارية المكانية

• ZettaScalerوحدات الحوسبة اليابانية PEZY ذات 2048 نواة
• المعالج المساعد Xeon Phi ، الذي يتميز ببنية MIC ( العديد من النوى المتكاملة )
• تيليرا
• معمارية Adapteva Epiphany، شريحة متعددة النوى تستخدم ذاكرة PGAS المؤقتة
• معالج Coherent Logix hx3100 ، معالج DSP/GPP ذو 100 نواة يعتمد على بنية HyperX
• Movidius Myriad 2 ، وحدة معالجة الرؤية متعددة النوى (VPU)
• كالراي ، مُسرِّع PCI-e متعدد النوى للمهام كثيفة البيانات
• شريحة بحثية تيرافلوبس ، معالج متعدد النوى يستخدم تمرير الرسائل
• TrueNorth ، مُسرِّع ذكاء اصطناعي ذو بنية شبكة متعددة النوى على شريحة
• المصفوفات الخضراء ، معالج متعدد النوى يستخدم تمرير الرسائل ويستهدف التطبيقات منخفضة الطاقة
• معالج Sunway SW26010 ، وهو معالج متعدد النوى ذو 260 نواة، كان يُستخدم في الحاسوب العملاق الأول آنذاك، Sunway TaihuLight
  • SW52020 ، وهو نسخة محسّنة من SW26010 ذات 520 نواة ^{[ 8 ] [ 9 ]} ، مع SIMD 512 بت (مع إضافة دعم لنصف الدقة)، تم استخدامه في نموذج أولي، وهو مخصص لنظام إكساسكيل (وفي المستقبل لنظام 10 إكساسكيل)، ووفقًا لموقع datacenterdynamics، يُشاع أن الصين تمتلك بالفعل نظامين منفصلين من أنظمة إكساسكيل سرًا.
• Eyeriss ، معالج متعدد النوى مصمم لتشغيل الشبكات العصبية الالتفافية لتطبيقات الرؤية المدمجة ^{[ 10 ].}
• Graphcore ، مُسرِّع ذكاء اصطناعي متعدد النوى

تحتوي العديد من أجهزة الكمبيوتر المبنية على معالجات متعددة النوى على مليون نواة معالجة مركزية أو أكثر. ومن الأمثلة على ذلك:

• جيوكو ( باليابانية : 暁光، بالروماجي : gyōkō ، ضوء الفجر)، وهو حاسوب عملاق تم تطويره بواسطة ExaScaler و PEZY Computing ، ويحتوي على 20,480,000 عنصر معالجة بالإضافة إلى 1,250 معالج مضيف Intel Xeon D.
• SpiNNaker ، معالج متعدد النوى ذو توازي هائل (مليون نواة معالجة مركزية) (يعتمد على ARM) تم بناؤه كجزء من مشروع الدماغ البشري .

تحتوي العديد من الحواسيب العملاقة على أكثر من 5 ملايين نواة معالجة مركزية. وعند استخدام معالجات مساعدة، مثل وحدات معالجة الرسومات، فإن هذه النوى لا تُحتسب ضمن عدد النوى، وبالتالي سيتمكن عدد أكبر من الحواسيب من الوصول إلى هذه الأهداف.

• الحدود
• فوغاكو ، وهو حاسوب عملاق ياباني يستخدم معالجات Fujitsu A64FX القائمة على معالجات ARM، ويبلغ إجمالي عدد وحداته 7,630,848 وحدة.
• كان حاسوب Sunway TaihuLight العملاق الصيني، ذو المعالجة المتوازية الهائلة (10 ملايين نواة معالجة مركزية) ، يُعدّ من أسرع الحواسيب العملاقة في العالم، وذلك بفضل بنيته متعددة النوى المصممة خصيصًا. وفي نوفمبر 2018، احتلّ المرتبة الثالثة عالميًا (وفقًا لتصنيف TOP500 )، مستمدًا أدائه من 40,960 معالجًا متعدد النوى من طراز SW26010 ، يحتوي كل منها على 256 نواة.

• معالج المتجهات
• SIMD
• الحوسبة عالية الأداء
• مجموعة الحواسيب
• نظام معالجات متعددة على شريحة واحدة
• وحدة معالجة الرؤية
• نمط الوصول إلى الذاكرة
• تماسك الذاكرة المؤقتة
• متوازية بشكل محرج
• متوازية بشكل كبير
• كودا

• تصميم حلول لمستقبل المعالجات متعددة النوى ، نُشر في 19 فبراير 2010 (يوجد أكثر من رابط معطل في الشريحة)
• هندسة إيريس المعمارية