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Le CPU dual core e multi core uniscono 2 o più processori indipendenti, le rispettive cache e i cache controller in un singolo package. Questo tipo di architettura consente di aumentare la potenza di calcolo senza aumentare la frequenza di lavoro, a tutto vantaggio del calore dissipato.

Motivi del passaggio ai dual coreModifica

Nel corso del 2005 i due principali realizzatori di chip, Intel e AMD sono stati praticamente costretti a iniziare il passaggio al nuovo tipo di architettura, quella dual core, in quanto diventava sempre più difficile aumentare il clock dei tradizionali processori single core, e a fine 2006 Intel ha presentato anche i primi chip multi core, a 4 core.

Senza dilungarsi qui sui vantaggi e gli svantaggi dell'approccio dual/multi core nello sviluppo dei processori, i cui dettagli si possono trovare nelle seguenti voci Dual core e Multi core, di seguito sono illustrati i differenti metodi attraverso cui si possono realizzare tali CPU partendo da quelle più semplici ovvero quelle single core.

Come realizzare chip Dual coreModifica

Al momento, esistono 3 metodi differenti per creare un chip dual core:

  • Die Singolo
  • Die Doppio
  • Die Monolitico

Il "Die" è il blocco di silicio al centro di un processore che contiene il cuore elaborativo della CPU, il core.

Die SingoloModifica

Si tratta di un approccio utilizzato solo da Intel agli inizi della produzione di CPU dual core: l'unico processore ad utilizzare tale approccio è stato il Pentium D Smithfield e consiste nel combinare 2 core su un singolo die.

È l'approccio senz'altro più semplice, e quindi più economico rispetto agli altri, per realizzare un chip dual core, ma ovviamente è anche più limitante per quanto riguarda le prestazioni e la resa produttiva. Infatti, prendendo ad esempio proprio il caso di Smithfield, che è sostanzialmente formato da 2 core Prescott (alla base di uno dei tanti stadi evolutivi del Pentium 4, processore single core), è possibile osservare, ovviamente in maniera molto semplicistica, come per realizzarlo sia sufficiente utilizzare la stessa maschera litografica disegnata per il processore Prescott, e "stamparla" 2 volte sul wafer di silicio interconnettendo i due core così realizzati. Rimane comunque il problema che se anche solo uno dei 2 core stampati è difettoso, tutto il chip diventa inutilizzabile, ovvero non potrà essere un Pentium D, e potrebbe quindi essere rivenduto come semplice Pentium 4 Prescott dopo aver disabilitato uno dei due core.

L'evoluzione delle tecniche produttive probabilmente ha già decretato la "morte" di tale approccio, che sebbene semplice da realizzare può risultare indirettamente costoso per la probabilità di non avere molti core attigui sul wafer perfettamente veloce. i progetti dual e multi core utilizzando gli altri approcci e AMD invece non ha mai utilizzato tale approccio.

Die DoppioModifica

Tale metodo consiste nel posizionare 2 die, fisicamente separati, su un unico package e collegarli successivamente con collegamenti esterni.

L'approccio a Die Monolitico è certamente quello più sofisticato da realizzare ma ovviamente è anche quello che garantisce le migliori prestazioni di una CPU multi core. Tale approccio deve essere preventivato fin dalle prime fasi della progettazione del processore ed è stato utilizzato per la prima volta da Intel per i Core Duo Yonah e gli Itanium 2 Montecito. Il suo più grande pregio consiste nell'offrire ai progettisti l'opportunità di condividere alcune unità del processore; nel caso più semplice, tale condivisione si limita alla cache che viene realizzata in un unico blocco condiviso tra tutti i core (in processori che utilizzano gli altri approcci costruttivi, la cache è necessariamente equamente divisa tra i core e l'accesso diretto a ciascuna cache è riservato esclusivamente al rispettivo core, il quale per accedere alle altre deve far transitare i dati sul BUS). In casi più complessi le unità condivise possono essere anche altre, come il controller della memoria RAM (inizialmente solo nei processori AMD, ma poi da fine 2008 anche nei processori Intel Core i7 Bloomfield, basati sulla nuova architettura Nehalem) gli scheduler che ripartiscono il carico tra i vari core, ecc.

Appare quindi evidente come tutti i più recenti progetti di processori multi core puntino soprattutto all'utilizzo di quest'ultimo approccio costruttivo, riservando gli altri (soprattutto quello a Die Doppio), per risolvere specifiche esigenze, come viene illustrato nel prossimo paragrafo.

Come realizzare chip Multi coreModifica

Analogamente ai differenti metodi appena esposti per realizzare un chip dual core, anche per i multi core a più di 2 core è possibile utilizzare gli stessi diversi approcci. In questo caso però è anche possibile "combinare" i metodi per ottimizzare la produzione a seconda delle esigenze dei progettisti e del mercato. Di seguito alcuni esempi, relativi per semplicità al solo settore desktop, che hanno sfruttato la combinazione dei diversi approcci:

  • Kentsfield - 2 core dual core (Conroe) a 65 nm costruiti ciascuno su Die Monolitico, accoppiati su Die Doppio per un totale di 4 core.
  • Yorkfield - 2 core dual core (Wolfdale) a 45 nm costruiti ciascuno su Die Monolitico, accoppiati su Die Doppio per un totale di 4 core. Inizialmente sembrava che potesse essere 4 core single core costruiti su Die Monolitico, accoppiati su Die Quadruplo (variante del Die Doppio) per un totale di 8 core.

A fine 2008 è arrivato il primo processore a 4 core "nativo" che è basato, come detto, sulla nuova architettura Nehalem.

Sfruttamento della cache di ultimo livelloModifica

Nei processori dual core e multi core si pone il problema di come sfruttare la grande dotazione di cache di ultimo livello (in genere L2, ma a volte anche L3) e come gestirne l'accesso da parte dei vari core. I diversi approcci di costruzione cui si è accennato poco sopra, comportano pro e contro relativamente ai metodi di fruizione di questa preziosa memoria aggiuntiva. Buona parte di questi aspetti è evidenziata nella voce Dual core (gestione della cache).

Voci correlateModifica