Multicore Manie

Dit artikel is deel 1 van een tweedelige serie; deel 2 verschijnt op vrijdag 16 december.

Wat doe je als je een microprocessor niet sneller kunt laten werken? Je combineert natuurlijk twee of meer microprocessorkernen.

Intel en AMD, de grootste rivalen in de branche, hebben al dual-core-chips voor desktop-pc's geïntroduceerd. En dat is nog maar het begin van een trend die een belangrijke verandering in pc's zou kunnen brengen: multicore-verwerking. Beide toonaangevende chipmakers hopen tegen 2007 vier cores in desktop-pc-chips te kunnen stoppen. En Intel-onderzoekers onderzoeken hoe tientallen of zelfs honderden van kernen op een enkele chip.

Zowel chipmakers als pc-makers hebben om een ​​belangrijke reden multicore-chips nodig: ze hebben geen speelruimte meer voor bestaande ontwerpen. (Jarenlang hebben chipmakers transistors toegevoegd en kloksnelheden opgevoerd om processors sneller te laten werken. Maar de kloksnelheden kunnen alleen zo veel worden verhoogd voordat een chip te veel warmte uitstraalt in de pc-behuizing.)

Maar waarom heeft de gemiddelde pc-gebruiker twee, vier of acht cores op een chip nodig? Denk om te beginnen aan multitasking. Multitasking noem ik de stille ‘killer-app’, zegt Shane Rau, programmamanager halfgeleideronderzoek bij marktonderzoeksbureau IDC. Tegenwoordig maken alle apps die we gebruiken de processor dood.

De meeste individuele applicaties draaien al goed – op zichzelf. Maar zoals elke Windows-gebruiker weet, zal het gelijktijdig uitvoeren van meerdere programma's, bijvoorbeeld een tekstverwerker, audiospeler en antivirussoftware, uiteindelijk de ongewenste zandloper doen verschijnen. Multicore-verwerking zou die wachttijd kunnen beëindigen.

Bovendien zullen, gezien de steeds veranderende veiligheidsbedreigingen van vandaag, de vereisten voor multitasking alleen maar toenemen, zeggen waarnemers uit de sector. De meeste mensen zullen meer applicaties tegelijkertijd blijven gebruiken, terwijl pc's meer beveiligingsprogramma's op de achtergrond zullen moeten draaien om zichzelf te beschermen.

Met name het streamen van audio- en videotaken kan de bronnen van de microprocessor belasten. Intel gelooft dat meerdere cores veel beter zijn in taken zoals het downloaden van video van een pc naar een persoonlijke mediaspeler. En Intel's aankomende multicore-processors werken koeler dan de originelen - wat zou kunnen leiden tot innovatieve notebook- en desktop-pc-behuizingsontwerpen. De dual-core chip van het bedrijf, bijgenaamd Yonah, zal begin 2006 debuteren.

Op de International Consumer Electronics Show in Las Vegas volgende maand is de Taiwanese pc-maker AOpen van plan om een ​​Yonah-aangedreven machine te demonstreren ter grootte van Apple's Mac mini-desktopcomputer, die 17 centimeter breed, 17 centimeter diep en 5 centimeter hoog is. Yonah speelde een grote rol in de recente beslissing van Apple om Intel-chips te kopen, volgens Kevin Krewell, hoofdredacteur van In-Stat's Microprocessorrapport , omdat Yonah snellere Powerbook-notebooks mogelijk maakt.

Fouten in de eerste ronde

Vroege dual-core-chips, zoals Intel's Pentium D, kregen gemengde beoordelingen, vooral omdat hun prestatiewinst niet indrukwekkend was bij het draaien van software die was ontworpen voor traditionele single-coreprocessors. Om echt gebruik te maken van de kracht van dual-core of multicore-chips, moeten softwaretoepassingen worden geschreven of herschreven om te profiteren van twee of meer kernen, een proces dat multithreading wordt genoemd.

Programmeurs hebben al multithreading ingebouwd in Windows XP, Linux en de Mac OS X-besturingssystemen, zodat ze de kracht van de ene CPU kunnen gebruiken voor systeemachtergrondtaken en de andere CPU op bijvoorbeeld een veeleisende toepassing zoals het weergeven van video. Aan de andere kant hebben veel applicatieleveranciers, waaronder gamemakers, hun applicaties nog niet herzien.

We hebben tegenwoordig multi-threaded software in schaalbare serverapplicaties, maar het is zeldzamer in clientapplicaties voor desktopcomputers, zegt Krewell. Adobe heeft multithreading omarmd voor software voor het maken van inhoud, waaronder Adobe Photoshop; maar de meeste andere applicatiesoftwarebedrijven hebben dit nog niet gedaan.

Bovendien produceert deze eerste ronde chips - waaronder AMD's Athlon 64 X2 Dual-Core en Intel's Pentium D - nog steeds meer warmte dan ontwerpers zouden willen. Dat dwingt de dual cores om zichzelf af en toe naar beneden te halen en op minder dan hun potentiële topkloksnelheden te draaien. In feite doen gamers en andere gebruikers van toepassingen met hoge intensiteit er vaak verstandig aan om een ​​pc te gebruiken die is gebaseerd op een krachtige single-core-chip zoals AMD's Athlon 64 FX.

Een grotere golf van multithreaded-applicaties zal arriveren wanneer het Windows Vista-besturingssysteem van Microsoft in de herfst van 2006 wordt uitgebracht, zegt Rau van IDC.

Net zo belangrijk is dat de volgende generatie Intel dual-core-chips minder stroom verbruiken, waardoor ze koel blijven zonder compromissen. Met de codenaam Conroe voor desktops, Merom voor notebooks en Woodcrest voor servers, zouden deze chips ook in de herfst van 2006 moeten debuteren.

Acht is genoeg?

Volgens zowel Intel als AMD zullen multicore-ontwerpen de dominante microprocessortrend zijn voor dit decennium en daarna. Tegen 2007 zijn beide bedrijven van plan om quad-core microprocessors aan te bieden voor desktop-pc's voor consumenten. En Intel zou al in 2008 acht-core-chips kunnen introduceren, voorspellen sommige analisten.

De introductie van de hardware moet je timen met de software, zegt Phil Hester, Chief Technology Officer van AMD. Naar twee kernen gaan is tegenwoordig een redelijk goed antwoord voor veel apps.

Aangezien AMD zijn toekomstige chips plant, inclusief quad-core, moet het de productiekosten van chips en softwarevoordelen in evenwicht houden. Een chip met drie cores en een grote hoeveelheid cachegeheugen kan bijvoorbeeld meer waar voor zijn geld opleveren dan een chip met vier cores, zegt Hester. Dat komt omdat veel applicaties, waaronder veeleisende zoals Adobe Photoshop, gebruik maken van cachegeheugen om taken te versnellen. Het kan voor ons logischer zijn om aan minder cores te besteden en meer cache op te nemen, zegt Hester.

Een andere mogelijkheid die gebruikers van multicore-machines een grote prestatiewinst zou kunnen opleveren, zijn gespecialiseerde kernen die zijn ontworpen om uit te blinken in bepaalde taken, bijvoorbeeld grafische afbeeldingen, webbrowsing of beveiligingstaken. Je hebt misschien een kern die je XML-stream uitvoert, terwijl een andere het standaard pc-werk doet, zegt Hester, en vermeldt dat AMD dit soort ontwerp onderzoekt.

Het inpassen van meer kernen in een microprocessor is echter nog maar het begin van de ontwerpuitdagingen waarmee hardware- en softwarebedrijven te maken krijgen in het tijdperk van multithreading. De snelste processor ter wereld zal nog steeds wachten als het hoofdgeheugen van een systeem het niet kan bijhouden. En dit probleem wordt groter als een chip honderden cores heeft.

Komt morgen: We gaan dieper in op de hardware- en software-uitdagingen met meerdere cores. Welke hindernissen moeten worden overwonnen voordat multicore-verwerking zijn belofte kan waarmaken?

Laurianne McLaughlin is een technologieschrijver uit de omgeving van Boston.

zich verstoppen