Procesadores. Múltiples CPU’s, núcleos, hilos. Y AMD FX6300.

Vamos a ver algunas consideraciones sobre los procesadores, las múltiples CPU’s, nucleos, hilos…. Que son y como funcionan.

Procesadores

Sumario

• Múltiples CPU’s
  • Los sistemas de multiprocesamiento
  • Multiprocesamiento simétrico
  • Multiprocesamiento asimétrico
  • ARM big.LITTLE: arquitectura multinúcleo heterogénea
  • Multiprocesador o procesamiento Asimétrico
• Núcleos
  • ¿Cuál sería el número ideal de núcleos?
• El HyperThreading de Intel
• Procesador AMD FX6300

Múltiples CPU’s

El uso, en un mismo sistema, de varias CPU que comparten recursos entre sí es lo que denominamos multiprocesamiento. Existen muchos tipos de sistemas de multiprocesamiento, y cambian en función de diversos aspectos.

En primer lugar, es importante tener en cuenta el emplazamiento en el que se ubican las CPU (es decir, si están en el mismo die, en el mismo chip o en la misma placa). En segundo lugar, el sistema de multiprocesamiento puede variar dependiendo de si todas las CPU ejecutan el mismo software o no. Esta es la diferencia entre un sistema de multiprocesamiento simétrico y uno asimétrico.

También es importante tener en cuenta qué recursos comparten (¿se trata solo de la memoria principal, de una parte de ella, o también comparten periféricos de entrada o salida?). El sistema de multiprocesamiento también puede variar en función de si las CPU son idénticas (sistema multinúcleo homogéneo) o diferentes (sistema multinúcleo heterogéneo).

Los sistemas de multiprocesamiento

El multiprocesamiento no es algo nuevo. Hace muchos años, los PC asignaban tareas específicas a procesadores concretos (como las unidades de procesamiento gráfico, o GPU). En los sistemas embebidos (teléfonos móviles, tablets, automóviles o electrodomésticos), también era habitual contar con más de un procesador (por lo general diferentes) y que cada uno se encargase de la función para la que estaba mejor adaptado.

En la imagen que encontramos más abajo, podemos ver un sistema multiprocesador heterogéneo embebido de finales de los 90 con un MPC68360 y un Z80180 compartiendo memoria en la misma placa.

También era frecuente integrar distintas CPU en un mismo chip. De hecho, el MPC68360 que se muestra en la imagen contaba con una CPU general y otra dedicada a las labores de comunicación. Ambas estaban en el mismo chip y compartían una RAM interna.

Sin embargo, a medida que aumentó el nivel de integración y la frecuencia de reloj, empezaron a aparecer problemas. Como solución, y con el fin de aumentar la potencia de procesamiento, los fabricantes empezaron a montar CPU o núcleos idénticos en el mismo chip. Estos sistemas de multiprocesamiento homogéneos llevan años dominando mercado y podemos aprovechar esa potencia de dos maneras.

Multiprocesamiento simétrico

En este tipo de multiprocesamiento, un sistema operativo usa todas las CPU a la vez y ejecuta diversas tareas al mismo tiempo. Para optimizar este sistema, se desarrollaron nuevos bloques de hardware y software por debajo del SO.

Estos sistemas son comunes en dispositivos generales, como ordenadores personales, móviles, tablets, etc. Sin embargo, es en los servidores donde se saca el máximo partido a esta opción y donde podemos encontrar procesadores con hasta 32 núcleos.

Multiprocesamiento asimétrico

Esta otra opción suele emplearse en sistemas embebidos. En estos casos, hay más de un sistema operativo y cada uno usa sus propias CPU (por ejemplo, un router con un software de enrutamiento propietario en una CPU y con un SO general en la otra). Esta opción permite contar, en un solo equipo, con un router profesional y un servidor que ofrece servicios avanzados.

ARM big.LITTLE: arquitectura multinúcleo heterogénea

Los dispositivos portátiles (como los móviles) cada vez necesitan más potencia de procesamiento, pero sus baterías no están creciendo al mismo ritmo. Una posible solución al problema es integrar, en el mismo chip, CPU potentes y de alto consumo con algunas más lentas en las que se ahorre energía. Al alternar entre ambos modelos, podemos mantener la capacidad de procesamiento y ahorrar batería cuando los procesos a realizar no sean tan exigentes.

La solución ARM big.LITTLE es un ejemplo de esta arquitectura multinúcleo heterogénea.

En la imagen anterior podemos ver un servidor HP ProLiant DL360e Generation 8, con dos procesadores y seis slots para memoria RAM para cada uno de ellos. Y en la siguiente los procesadores que soporta y la RAM compatible en cada caso.

Resumen.

Multiprocesador o procesamiento Asimétrico

Este tipo de placa base puede acoger a varios procesadores (generalmente de 2, 4, 8 o más). Estas placas base multiprocesador tienen varios zócalos de microprocesador, lo que les permite conectar varios microprocesadores físicamente distintos (a diferencia de los de procesador de doble núcleo).

Cuando hay dos procesadores en una placa base, hay dos formas de manejarlos:

• El modo asimétrico, donde a cada procesador se le asigna una tarea diferente. Este método no acelera el tratamiento, pero puede asignar una tarea a una unidad central de procesamiento, mientras que la otra lleva a cabo a una tarea diferente.
• El modo simétrico, llamado multiprocesamiento simétrico, donde cada tarea se distribuye de forma simétrica entre los dos procesadores.

Núcleos

Un procesador es un dispositivo electrónico que incluye varios bloques y entre ellos se encuentran unos que se denominan núcleos los cuales se encargan de ejecutar las instrucciones y pueden ser vistos como unos micros en miniatura.

Sin embargo si es cierto que existen tareas que se benefician de manera más clara del aumento de núcleos:

• Retoque fotográfico. Sobre todo en la aplicación de filtros. Un procesador con varios núcleos puede calcular al mismo tiempo diferentes regiones de la misma imagen. En estos casos la velocidad aumenta linealmente con el número de estos elementos.
• Trabajos de video. Es parecido a lo que ocurre en el caso anterior, la utilidad puede trabajar con más de un fotograma a la vez acelerando así el proceso.
• Juegos de estrategia. Existen muchos juegos en los cuales el próximo movimiento se basa en realizar cálculos sobre las posiciones futuras, el caso más claro es el ajedrez. Si estas posiciones se pueden evaluar de manera independiente, un procesador con un mayor número de núcleos será siempre una ventaja. Por desgracia no acelera de la misma manera otro tipo de juegos.
• Rendering. La creación de imágenes 3D también se aprovecha de este aumento. La razón es similar a la del retoque fotográfico ya que los programas pueden calcular distintas regiones de manera independiente. No confundas este tipo de imágenes con las que se utilizan en los juegos de PC que son creadas por la tarjeta gráfica y a los que en principio el tipo de procesador les da casi igual.

¿Cuál sería el número ideal de núcleos?

Para aplicaciones que no sean las anteriores, cuatro núcleos es más que suficiente, ya que los programas, y el propio sistema operativo, son incapaces de sacar jugo de un microprocesador con un mayor número de ellos.

El HyperThreading de Intel

La computación paralela ha estado en la industria por un tiempo. Sin embargo, fue Intel quien trajo los beneficios de la misma a la informática personal. Y allí se llamó Intel Hyper-Threading Technology.

La tecnología Hyper-Threading de Intel hace que el sistema operativo crea que hay varios procesadores; de hecho, solo hay uno. Es una especie de pretensión para mejorar el rendimiento y la velocidad.

El HyperThreading fue el primer intento de Intel de llevar la computación paralela a los PCs de consumo. Debutó en los procesadores de escritorio con el Pentium 4 HT en 2002.

Aquellos Pentium 4 tenían un solo núcleo, por lo que solo podían realizar una tarea a la vez. Pero el HyperThreading apareció para compensar eso. Con esta tecnología de Intel, un único núcleo físico con multihilo aparece como dos procesadores lógicos en un sistema operativo.

El procesador sigue siendo uno solo, así que es un poco ficticio. Mientras que el sistema operativo ve dos procesadores para cada núcleo, el hardware real del procesador solo tiene un único conjunto de recursos de ejecución para cada núcleo.

El HyperThreading permite a los dos núcleos lógicos del procesador compartir recursos de ejecución física. Esto puede acelerar un poco las cosas, si un procesador virtual está estancado y esperando, el otro procesador virtual puede tomar prestados sus recursos de ejecución. El HyperThreading puede ayudar a acelerar el sistema, pero no es tan bueno como tener núcleos adicionales reales.

Afortunadamente, el multihilo es ahora un “bonus”. Mientras que los procesadores originales de consumo con HyperThreading solo tenían un único núcleo que se disfrazaba de múltiples núcleos, los procesadores modernos de Intel ahora tienen tanto múltiples núcleos como tecnología HyperThreading.

Un procesador de doble núcleo (dual core) con multihilo aparece como cuatro núcleos en el sistema operativo, mientras que un procesador de cuatro núcleos con HyperThreading aparece como si tuviera ocho núcleos.

El multihilado no es un sustituto de núcleos adicionales, pero un procesador de doble núcleo con HyperThreading debería funcionar mejor que un procesador de doble núcleo sin HyperThreading.

Los recursos de ejecución de hardware se dividirán y ordenarán para dar la mejor velocidad a múltiples procesos. Como se puede ver, toda la obra es virtual. Este HyperThreading a menudo puede ofrecer entre un 10% y un 30% de aumento de rendimiento en la tarea ejecutada. AMD también tiene esta tecnología pero en vez de HyperThreading la llama SMT ¿El funcionamiento? Es el mismo.

Resumen

Que un procesador sea multihilo es algo virtual. En este caso, la tecnología utiliza lógica adicional para gestionar múltiples tareas. Debido a esto, el rendimiento total no será realmente visible. Así que, si realmente se quiere comparar un procesador de un solo núcleo y un procesador multinúcleo, podemos afirmar que estos últimos son siempre mejores. Juegos como Battlefield o multijugadores siempre ofrecen un mejor rendimiento con procesador con múltiples núcleos lógicos en zonas con muchas explosiones.

Procesador AMD FX(tm) 6300 Six-Core Processor

El AMD FX-6300 alcanza los 3.5GHz y sorprende con 4100MHz en modo turbo para dejar claro que este chip de AMD sobre Socket AM3+ es de los más potentes y no descuida ninguno de sus aspectos.

Esta pequeña pieza de silicio esta fabricada con una estructura de 64 bits dispone de 6 procesadores y 8MB de caché de nivel 3.

La tecnología AMD Turbo Core le da el extra de potencia que necesitan algunas aplicaciones del FX 6300 para tener un rendimiento extra en los momentos más exigentes. Las mejoras al conjunto del chip han sido diseñadas para incrementar el acceso a la memoria y así nuestras aplicaciones sean más rápidas y estables en el AMD FX 6300.

He elegido este procesador para el análisis porque es el que tengo en mi ordenador. A mi parecer, el CPU con la mejor relación prestaciones/precio.

Esta procesador puede con todas las tareas que le asignes con un desempeño más que aceptable, y sinceramente es sorprendente por el precio (61,99€).

Su TDP de 95W lo hace compatible con la gran mayoría de las Motherboards AM3+ existentes y emparejarlo con RAM en doble canal (16GB) y un SSD (Kingston A400 Sata 3 de 480GB) es lo mejor que se puede hacer para obtener el 100% del potencial del procesador.

Pros:

• 6 núcleos para una multitarea efectiva a una frecuencia base de 3.5GHz y turbo de 4.1GHz.
• Desempeño más que satisfactorio en ofimática, navegación, juegos, edición, captura y streaming.
• Te permite correr cualquier aplicación o juego decentemente, en el segundo caso no va a dar la mayor tasa de FPS que se pudiera obtener, pero seguramente será satisfactoria para un gamer.
• Potencial de amplio rango de overclock (con un sistema de refrigeración distinto).

Contras:

• El disipador incluido no es suficiente para mantenerlo en condiciones ideales (aunque cumple con su función, molesta el ruido de las altas RPM del ventilador), por lo que en sesiones extendidas de juego o renderizado (mayores a 1 hora) puede disminuir su rendimiento debido al thermal throttling. En este caso lo mejor es inclinarse por un sistema de disipación de un tercero ( yo le monte un refrigerador Mars Gaming MCPU1).
• Al 2018, comercialmente hablando, ya es difícil encontrar placas madres que vayan a sacar el verdadero potencial del CPU a un precio accesible, por ejemplo Motherboards con Chipset 970, 990 o incluso el 760G. Yo lo instalé en una placa madre Gigabyte 970A-DS3P (69€) , con excelente resultado.
• Esta configuración requiere instalar una GPU, pues no la tiene integrada.

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