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Multicore-Manie
Dieser Artikel ist Teil 1 einer zweiteiligen Serie; Teil 2 erscheint am Freitag, 16. Dezember.
Was tun, wenn ein Mikroprozessor nicht schneller läuft? Sie kombinieren natürlich zwei oder mehr Mikroprozessorkerne.
Intel und AMD, die größten Konkurrenten der Branche, haben bereits Dual-Core-Chips für Desktop-PCs vorgestellt. Und das ist nur der Anfang eines Trends, der PCs eine wichtige Veränderung bringen könnte: Multicore-Verarbeitung. Beide führenden Chiphersteller hoffen, bis 2007 vier Kerne in Desktop-PC-Chips packen zu können von Kernen auf einem einzigen Chip.
Sowohl Chiphersteller als auch PC-Hersteller benötigen Multicore-Chips aus einem wichtigen Grund: Sie haben bei bestehenden Designs keinen Leistungsspielraum mehr. (Jahrelang haben Chiphersteller Transistoren hinzugefügt und die Taktraten erhöht, um Prozessoren schneller laufen zu lassen. Aber die Taktraten können nur so weit erhöht werden, bevor ein Chip zu viel Wärme in das PC-Gehäuse abstrahlt.)
Aber warum braucht der durchschnittliche PC-Benutzer zwei, vier oder acht Kerne auf einem Chip? Denken Sie zunächst an Multitasking. Ich nenne Multitasking die stille „Killer-App“, sagt Shane Rau, Programmmanager für Halbleiterforschung beim Marktforschungsunternehmen IDC. Heute vernickeln alle Apps, die wir verwenden, den Prozessor zu Tode.
Die meisten Einzelanwendungen laufen bereits gut – allein. Aber wie jeder Windows-Benutzer weiß, wird die unerwünschte Sanduhr schließlich erscheinen, wenn mehrere Programme gleichzeitig ausgeführt werden, beispielsweise ein Textverarbeitungsprogramm, ein Audioplayer und eine Antivirensoftware. Multicore-Verarbeitung könnte diese Wartezeit beenden.
Darüber hinaus werden die Multitasking-Anforderungen angesichts der sich ständig ändernden Sicherheitsbedrohungen von heute nur noch steigen, sagen Branchenbeobachter. Die meisten Benutzer werden weiterhin mehr Anwendungen gleichzeitig verwenden, während PCs mehr Sicherheitsprogramme im Hintergrund ausführen müssen, um sich selbst zu schützen.
Insbesondere Streaming-Audio- und Video-Aufgaben können Mikroprozessor-Ressourcen in Anspruch nehmen. Intel glaubt, dass mehrere Kerne bei Aufgaben wie dem Herunterladen von Videos von einem PC auf einen persönlichen Mediaplayer viel besser sind. Und Intels kommende Multicore-Prozessoren laufen kühler als die Originale – was zu innovativen Notebook- und Desktop-PC-Gehäusedesigns führen könnte. Der Dual-Core-Chip des Unternehmens mit dem Spitznamen Yonah soll Anfang 2006 auf den Markt kommen.
Auf der International Consumer Electronics Show in Las Vegas im nächsten Monat plant der taiwanesische PC-Hersteller AOpen, einen Yonah-betriebenen Computer in der Größe von Apples Mac Mini-Desktop-Computer vorzuführen, der 17 Zentimeter breit, 17 Zentimeter tief und 5 Zentimeter hoch misst. Laut Kevin Krewell, Chefredakteur von In-Stat, spielte Yonah eine große Rolle bei der jüngsten Entscheidung von Apple, Intel-Chips zu kaufen Mikroprozessorbericht , denn Yonah wird schnellere Powerbook-Notebooks ermöglichen.
Fehler in der ersten Runde
Frühe Dual-Core-Chips wie Intels Pentium D erhielten gemischte Kritiken – hauptsächlich, weil ihre Leistungssteigerungen bei der Ausführung von Software, die für traditionelle Single-Core-Prozessoren entwickelt wurde, nicht beeindruckend waren. Um die Leistungsfähigkeit von Dual-Core- oder Multicore-Chips wirklich auszuschöpfen, müssen Softwareanwendungen geschrieben oder neu geschrieben werden, um die Vorteile von zwei oder mehr Kernen zu nutzen, ein Prozess, der als Multithreading bezeichnet wird.
Programmierer haben Multithreading bereits in die Betriebssysteme Windows XP, Linux und Mac OS X integriert, sodass sie die Leistung einer CPU für Systemhintergrundaufgaben und die andere CPU beispielsweise für anspruchsvolle Anwendungen wie die Anzeige von Videos einsetzen können. Auf der anderen Seite haben viele Anwendungsanbieter, einschließlich Spielehersteller, ihre Anwendungen noch nicht überarbeitet.
Wir haben heute Multithread-Software in skalierbaren Serveranwendungen, aber sie ist seltener in Clientanwendungen für Desktop-Computer, sagt Krewell. Adobe hat Multithreading für Software zur Inhaltserstellung eingeführt, einschließlich Adobe Photoshop; die meisten anderen Anwendungssoftwareunternehmen haben dies jedoch noch nicht getan.
Außerdem produzieren diese ersten Chips – darunter AMDs Athlon 64 X2 Dual-Core und Intels Pentium D – immer noch mehr Wärme, als es den Designern lieb ist. Das zwingt die Doppelkerne, sich zeitweise selbst herunterzudrehen und mit weniger als ihren möglichen Spitzentaktraten zu laufen. Tatsächlich sind Gamer und andere Benutzer von hochintensiven Anwendungen oft ratsam, einen PC zu verwenden, der auf einem leistungsstarken Single-Core-Chip wie dem Athlon 64 FX von AMD basiert.
Eine größere Welle von Multithread-Anwendungen wird eintreffen, wenn das Betriebssystem Windows Vista von Microsoft im Herbst 2006 ausgeliefert wird, sagt Rau von IDC.
Ebenso wichtig ist, dass die nächste Generation von Intel-Dual-Core-Chips weniger Strom verbraucht – ohne Kompromisse kühl zu bleiben. Mit dem Codenamen Conroe für Desktops, Merom für Notebooks und Woodcrest für Server sollen diese Chips ebenfalls im Herbst 2006 auf den Markt kommen.
Acht ist genug?
Sowohl Intel als auch AMD zufolge werden Multicore-Designs der dominierende Mikroprozessor-Trend für dieses Jahrzehnt und darüber hinaus sein. Bis 2007 planen beide Unternehmen, Quad-Core-Mikroprozessoren für Consumer-Desktop-PCs anzubieten. Und Intel könnte bereits 2008 Achtkern-Chips vorstellen, sagen einige Analysten voraus.
Man muss die Einführung der Hardware mit der Software timen, sagt Phil Hester, Chief Technology Officer von AMD. Auf zwei Kerne zu gehen, ist heute für viele Apps eine ziemlich gute Antwort.
Bei der Planung seiner zukünftigen Chips, einschließlich Quad-Core, muss AMD die Kosten für die Chipherstellung und den Softwarenutzen abwägen. Ein Chip mit drei Kernen und einer großen Menge an Cache-Speicher kann beispielsweise mehr für das Geld liefern als ein Chip mit vier Kernen, sagt Hester. Das liegt daran, dass viele Anwendungen, einschließlich anspruchsvoller wie Adobe Photoshop, Cache-Speicher verwenden, um Aufgaben zu beschleunigen. Es könnte für uns sinnvoller sein, für weniger Kerne auszugeben und mehr Cache zu verwenden, sagt Hester.
Eine andere Möglichkeit, die Benutzern von Multicore-Rechnern einen großen Leistungsgewinn bringen könnte, sind spezialisierte Kerne, die für bestimmte Aufgaben wie Grafik, Webbrowsing oder Sicherheitsaufgaben ausgelegt sind. Sie könnten einen Kern haben, der Ihren XML-Stream ausführt, während ein anderer die Standard-PC-Arbeit erledigt, sagt Hester und erwähnt, dass AMD diese Art von Design untersucht.
Der Einbau weiterer Kerne in einen Mikroprozessor ist jedoch nur der Anfang der Designherausforderungen, denen sich Hardware- und Softwareunternehmen im Zeitalter des Multithreading stellen müssen. Der schnellste Prozessor der Welt wartet noch, wenn der Hauptspeicher eines Systems nicht mithalten kann. Und dieses Problem wird noch größer, wenn ein Chip Hunderte von Kernen hat.
Kommt morgen: Wir schauen uns die Hard- und Softwareherausforderungen mit mehreren Kernen genauer an. Welche Hürden müssen überwunden werden, damit Multicore Processing hält, was es verspricht?
Laurianne McLaughlin ist eine Technologieautorin mit Sitz in der Gegend von Boston.