✨CPU đa nhân

CPU đa nhân, CPU đa lõi (tiếng Anh: multi-core) là một CPU có nhiều đơn vị vi xử lý (thường được gọi là "core") được tích hợp và đóng gói trên cùng một nền mạch tích hợp (chip) vật lý duy nhất. Mỗi core đều có thể thực hiện việc xử lý tuần tự từng gói dữ liệu và sự kết hợp nhiều core trên một hệ CPU giúp làm tăng tốc độ xử lý chung của hệ thống khi mà dữ liệu được phân thành nhiều gói nhỏ và phân cho các core xử lý song song cùng một lúc.

Phát triển kiến trúc đa nhân

Một CPU hai nhân của [[Intel có hình dáng bên ngoài như một CPU đơn nhân thông thường]] Hai nhân cùng được chứa trong một phần diện tích như thế này (phần bôi kem tản nhiệt) Vào những thời kỳ đầu của máy tính cá nhân được sử dụng, nhằm để giảm giá thành, các CPU phổ thông đều được thiết kế theo quan điểm đơn nhân. Các dữ liệu được xử lý tuần tự bởi một bộ xử lý duy nhất cho tất cả mọi tác vụ. Ở những dòng máy cao cấp như siêu máy tính, máy trạm hoặc máy chủ thời kỳ đầu thường được gắn nhiều hơn một CPU trên cùng một bo mạch chủ để có thể thực hiện nhiều tác vụ song song cùng lúc, nâng được tốc độ tổng thể lên cao hơn nhiều so với chỉ sử dụng một CPU.

Kiến trúc đa nhân đầu tiên ra đời vào khoảng giữa thập niên 1980, khi Rockwell International giới thiệu các phiên sản cải tiến của chip xử lý 6502 như R65C00, R65C21, và R65C29. Chúng đều có một đặc điểm chung là tích hợp cả hai nhân xử lý 6502 lên một chip có cùng số chân và cùng tần số xung nhịp.

CPU đa nhân được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2001 bởi hãng IBM với loại CPU Power4 dành riêng cho các máy chủ. Mãi đến tháng 4 năm 2005, Intel đã giới thiệu những CPU hai nhân thương mại đầu tiên, Pentium Extreme Edition (còn gọi là Pentium EE) và Pentium D. Đến tháng 5 năm 2005, AMD giới thiệu các CPU Athlon 64 X2 hai nhân đầu tiên. Những CPU hai nhân thế hệ đầu tiên này, thực chất chỉ thuần túy là đặt hai nhân xử lý trong cùng một tấm đế. Có nghĩa trong một CPU nhìn bề ngoài như một CPU thông thường nhưng bên trong nó chứa các phần mạch điện của cả hai CPU (Pentium 4 Prescott với Intel và Athlon 64 với AMD), điểm chung của nó là các chân cắm tiếp xúc với socket của bo mạch chủ. Vi cấu trúc core cho phép cả hai nhân sử dụng chung cache L2 Ở những thế hệ kế tiếp, các nhà sản xuất đã sử dụng công nghệ chế tạo hiện đại, cho phép chế tạo tích hợp nhiều nhân trên cùng một nền chip đóng gói vật lý. Công nghệ chế tạo cũng cho phép tích hợp nhiều hơn 2 nhân trên một chip, cũng như các công nghệ giao tiếp như siêu phân luồng, đa phân luồng... cũng giúp tận dụng ưu thế của các CPU đa nhân. Những cpu dòng hd graphics của intel sử dụng GPU(nhân xử lý đồ họa)được tích hợp trong cpu cūng là một dạng cpu 2 nhân,dòng cpu này cho khả năng chơi các game 3d với chất lượng hd,tiết kiệm điện so với các card đồ họa rời của ndivia,amd...

Công nghệ hỗ trợ

Phần cứng

Phần mềm

Những giới hạn tồn tại

Trở ngại lớn nhất của sự phát triển CPU đa nhân là các kích thước vật lý của các linh kiện chứa trong lòng nó. Kích thước transistor, tiết diện dây dẫn nội bộ là những thành phần cơ bản gây cản trở sự phát triển của các CPU đa nhân, mỗi hãng đều có các công nghệ sản xuất riêng để làm nhỏ kích thước của chúng. Những công nghệ mới gần đây đã có thể giúp tích hợp trên 2 tỷ transistor trong cùng một CPU. Công nghệ chế tạo CPU đã tiến đến mức 32 nm (được công bố bởi Intel) và còn tiếp tục nhỏ hơn nữa (tuy hiện nay nhiều hãng sản xuất vẫn mới áp dụng rộng rãi công nghệ 65 nm và chỉ một số CPU sản xuất trên công nghệ 45 nm).

Đa nhân và ứng dụng

Bản quyền phần mềm

Trước khi xuất hiện các CPU đa nhân thì có nhiều người sử dụng lo ngại rằng khi sử dụng một máy tính đa nhân thì các hãng viết hệ điều hành sẽ tăng giá bán các phiên bản hệ điều hành hoặc các phần mềm. Cách tính số lượng CPU của hãng này vẫn tính trên số lượng CPU vật lý, như vậy cho dù một máy chủ sử dụng duy nhất một CPU có bốn nhân, tám nhân hay nhiều hơn nữa thì cũng chỉ phải trả chi phí cho hệ điều hành bằng mức như với một CPU đơn nhân.

Mặc dù các bộ xử lý đa nhân đã xuất hiện từ rất lâu, nhưng đến nay chưa thấy các phần mềm thông dụng (phục vụ đa số người sử dụng hoặc chiếm thị phần tương đối) có sự chênh lệch nhau về giá bán giữa các phiên bản sử dụng cho CPU đơn nhân và đa nhân. Tuy nhiên, trong những thời gian kế tiếp có thể một số hãng phần mềm sẽ liên kết với nhau cùng tăng giá các phần mềm sử dụng trên những hệ thống máy tính sử dụng CPU đa nhân trong vòng một vài năm tới. Mặc dù hiểu một cách đơn giản thì các phần mềm vẫn hoạt động trơn chu trên các máy tính được trang bị CPU đa nhân, nhưng thực sự chúng còn có thể hoạt động tốt hơn nữa nếu khai thác được hết khả năng của đa nhân. Hầu hết các phần mềm hiện tại đang được viết cho các CPU đơn luồng, mọi hành động xử lý của chúng đều do hệ điều hành phân phối đến các luồng trong CPU đa nhân. Các hãng phần mềm cũng có lý do để chưa vội vàng biên dịch lại chúng tối ưu với các CPU đa nhân bởi hiện tại (đầu năm 2008) chưa phải tất cả các máy tính có thể sử dụng phần mềm đã được trang bị bộ xử lý đa nhân và chưa phải các bộ xử lý đa nhân đều hỗ trợ khả năng xử lý 64 bit (sẽ trở thành thông dụng về sau này). Mặt khác, việc chuyển đổi có thể cần phải xây dựng lại các thư viện lập trình sẵn có và cần có các khoản chi phí lớn. Vậy thì cách thức phát triển phần mềm truyền thống vẫn là một sự lựa chọn an toàn hơn với họ.

Tuy nhiên, không phải tất cả các hãng phần mềm đều chưa có động thái về hỗ trợ CPU đa nhân. Các phần mềm sử dụng cho máy chủ, máy trạm đã hỗ trợ xử lý đa luồng từ trước đây, bởi chúng ở một lĩnh vực riêng nên ít được người sử dụng máy tính thông thường biết đến) nhiều hơn, do đó chúng vẫn thường chỉ chiếm một nhân khi xử lý ở CPU đa nhân.

Tương lai phần mềm vẫn sẽ phải phát triển theo hướng phù hợp với CPU đa nhân, nhất là với các phần mềm chiếm tài nguyên của CPU nhiều khi thực thi phần mềm đó. Đây là một định hướng tất yếu bởi khi sử dụng một phần mềm lớn, chúng chỉ chiếm một nhân trên CPU thì các nhân còn lại sẽ chỉ được sử dụng cho các phần mềm, dịch vụ chạy ở chế độ nền gây lãng phí năng lực xử lý trong khi có khả năng khai thác toàn bộ các nhân cùng hoạt động như vậy. Bạn hãy thử quan sát biểu đồ hoạt động thực tại của các nhân trong CPU khi sử dụng phần mềm chiếm nhiều tài nguyên sẽ nhận thấy sự lãng phí này..

Các hãng khác hoặc các dự án khác cũng đã chú ý đến thị trường PC giá rẻ từ trước đó: Dự án "Mỗi trẻ em một máy tính" OLPC (One Laptop Per Child) cũng được khởi động đã lâu với giá thành dự định dưới 100 USD cũng đã dần hạ giá thành những chiếc máy tính xách tay theo dự án đạt mức giá dự định. Ngoài ra, các thương hiệu máy tính giá rẻ như Asus EEPC, Intel Classmate cũng đang được triển khai, (cho đến nay chúng có thể còn lớn hơn nữa do sự phát triển của sản phẩm dân dụng luôn lớn hơn so với những chiếc PC).

Nhận thức của người sử dụng

;Nhận thức về tốc độ Chỉ có một số ít những người sử dụng máy tính có thể hiểu được đúng về các thể loại CPU cũng như về phần cứng máy tính nói chung để có thể nhận rõ các công nghệ trong các bộ xử lý cũng như các thành phần khác liên quan để một hệ thống có thể vận hành tối ưu. Phần đông số người sử dụng còn lại thường cho rằng tốc độ xử lý của CPU là yếu tố hàng đầu để đánh giá mức độ "có chạy nhanh hay không" ở một máy tính. Chính vì vậy mà họ thường chọn một bộ xử lý có tốc độ cao mà không chú ý đến các yếu tố còn lại như công nghệ của bộ xử lý hoặc toàn bộ các thành phần khác để cấu thành lên một chiếc máy tính. Một số còn lựa chọn các CPU hoàn toàn dựa trên cảm tính, chẳng hạn chọn loại Celeron của Intel thay cho các bộ xử lý Pentium với một lập luận rất đơn giản là tốc độ cao và giá rẻ, hoặc chọn một CPU Pentium D thay vì chọn Core 2 Duo bởi chúng cũng gồm hai nhân và có tốc độ cao hơn. Đây là các nhận thức không đúng bởi hiệu năng thực tế mới là vấn đề đáng quan tâm nhất của các CPU. Các kết quả của quá trình benchmark thường phản ánh đúng hơn các hiệu quả làm việc khi so sánh giữa các CPU.

Một số người sử dụng lại cho rằng hai nhân giúp cho tốc độ CPU được tăng gấp đôi. Ví dụ một CPU Core 2 Duo số hiệu E6420 có tốc độ 2,13 GHz (mỗi nhân) thì cả hai nhân sẽ hoạt động với tốc độ 4,26 GHz (tăng gấp đôi). Điều này cũng không đúng bởi cả hai nhân không đồng thời cùng xử lý một ứng dụng và hai nhân không gia tốc việc xử lý cùng một yêu cầu một cách nối tiếp nhau. Nhiều kết quả benchmark cho thấy hiệu năng của CPU hai nhân đối với các ứng dụng bình thường (không được viết lại cho các CPU đa nhân) không tăng lên gấp đôi mà chúng chỉ tăng thêm khoảng 30%. Nhiều ứng dụng nặng như các phần mềm xử lý đồ hoạ, biên tập video, game 3D chỉ hoạt động trên một nhân của CPU đa nhân. Trong trường hợp này tuy máy tính của họ cũng được cải thiện về tốc độ, tuy nhiên thời điểm đầu năm 2008 thì vẫn chưa phải là thời điểm nâng cấp hợp lý khi mà các hãng phần cứng đang cạnh tranh và sẽ xuất hiện nhiều thế hệ chipset mới mà chỉ chúng mới hỗ trợ các công nghệ CPU đa nhân sắp tới. Những sự cạnh tranh như vậy luôn luôn thuận lợi hơn cho người sử dụng bởi có thể sở hữu những CPU đa nhân với giá thành hạ hơn trước