Chip đa lõi – giải pháp giúp duy trì hiệu lực của định luật Moore

(Post 08/09/2006) Trong thời gian vừa qua, 2 hãng chuyên sản xuất thiết bị xử lý trung tâm (CPU) là Intel và AMD lần lượt tung ra bộ xử lý tích hợp công nghệ Dual Core (công nghệ lõi kép).

Công nghệ lõi kép và tiếp theo là công nghệ đa lõi (multi-core) được dự báo là tương lai của công nghệ vi xử lý, giúp cho định luật Moore tiếp tục có hiệu lực đối với công nghệ máy tính.

Năm 2002, Intel đã giới thiệu các CPU có tích hợp công nghệ Hyper Threarding (Công nghệ Siêu phân luồng). Mỗi ứng dụng trên máy tính khi thực hiện sẽ chạy nhiều chương trình, mỗi chương trình lại gồm nhiều luồng xử lý (gọi là thread). Với bộ xử lý đơn luồng, tại một thời điểm chỉ có một luồng xử lý được thực hiện, nếu có nhiều luồng cùng muốn thực hiện thì các luồng này thực hiện tuần tự cái sau tiếp nối cái trước.Với bộ xử lý siêu phân luồng, nó có thể thực hiện song song 2 luồng xử lý, tận dụng tối đa tài nguyên hệ thống và rút ngắn thời gian xử lý.

Theo sự phát triển, các phần mềm hay các hệ điều hành mới yêu cầu tốc độ mà mỗi vi xử lý thực hiện các lệnh ngày càng cao, các CPU tăng tốc độ xung nhịp với phương pháp chủ yếu là đưa ngày càng nhiều mạch bán dẫn vào một bộ chip, điều này sẽ khiến cho CPU phát sinh nhiều nhiệt và một số thí nghiệm đã cho thấy CPU sẽ không còn hoạt động hiệu quả nữa.

Công nghệ lõi kép sẽ giải quyết vấn đề trên, nó cho phép một bộ xử lý có thể chứa 2 lõi hoặc nhiều hơn. Các lõi này sẽ hoạt động song song với nhau, chia sẻ công việc tính toán xử lý mà bộ xử lý phải đảm nhận.

Việc có hai lõi hoặc nhiều hơn sẽ giúp bộ xử lý hoạt động hiệu quả và có công suất cao hơn, vì mỗi lõi sẽ xử lý ít ứng dụng hơn, giảm hiện tượng bộ xử lý phải cùng một lúc gánh vác công việc của nhiều ứng dụng.

Tiếp theo là sự kết hợp giữa công nghệ lõi kép và công nghệ siêu phân luồng để đạt được 4 luồng xử lý thực hiện song song. Cho tốc độ xử lý nhanh gấp nhiều lần mà không cần tăng tốc độ xung nhịp.

Thực ra thì công nghệ lõi kép đã xuất hiện từ lâu ở các máy chủ của IBM và Apple. Nhưng nay, với quyết tâm của 2 hãng sản xuất CPU là Intel và AMD, người dùng máy tính để bàn, máy tính cá nhân có cơ hội sử dụng công nghệ tiên tiến này. Chip đa lõi đòi hỏi thiết kế lại phần mềm

Theo lời một ủy viên của Microsoft, các nhà phát triển phần mềm đang vấp phải khó khăn khi đối mặt với kỉ nguyên bộ xử lý đa lõi.

Cộng đồng phát triển phần mềm nhận thấy các nhà sản xuất bộ xử lý đang chịu áp lực trong việc thiết kế bộ xử lý đa lõi để giải quyết vấn để tản nhiệt cho bộ xử lý tốc độ cao. Ông Sutter, một kiến trúc sư phần mềm của Microsoft, cho biết: “Cộng đồng các nhà phát triển không chắc rằng các nhà thiết kế phần cứng có hiểu được họ đã tạo ra khó khăn như thế nào đối với nền công nghiệp phần mềm.”

Hiệu năng của phần mềm của máy tính cá nhân (PC) đã được cải thiện giống như bộ xử lý của Intel, AMD chạy ngày càng nhanh hơn. Đối với bộ xử lý đơn lõi, các nhà phát triển phần mềm có thể tạo ra thay đổi nhỏ trong các phần mềm đã có sẵn và đợi cho hiệu năng được cải thiện, trong khi các nhà thiết kế phần cứng tìm được cách cải thiện hiệu năng bộ xử lý. Nhưng với bộ xử lý đa lõi, chúng ép buộc các phần mềm phải xử lý đa nhiệm tốt. Đa nhiệm là khả năng tách các tác vụ đơn thành nhiều tác vụ nhỏ hơn, sau khi được xử lý riêng biệt, chúng lại được lắp ráp kết quả xử lý lại. Đối với các nhà phát triển ứng dụng cho máy chủ, họ đã nhận ra khó khăn này. Bộ xử lý đa lõi và hệ thống đa bộ xử lý đã trở thành phổ biến trong thị trường máy chủ vài năm gần đây, rất nhiều ứng dụng được thiết kế đa luồng thuận lợi hơn các hệ thống song song (parallel systems). Các nhà phát triển ứng dụng máy trạm đã bị bế tắc trong vài năm vì các phần mềm đơn luồng. Các phần mềm này thường được gọi là ứng dụng tuyến tính (Sequential Application).

Ông Sutter cho biết: Kết quả, các nhà phát triển phần mềm cần có những cách thiết kế phần mềm mới. Giống như sự phát triển của ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng khi thêm một lớp vào các ngôn ngữ hợp ngữ (Assembly Language), quá trình lập trình hiện nay cần có khả năng tiên liệu mới cao hơn về mặt phần cứng. Microsoft đang cố gắng giải quyết vấn đề này qua Dự án Concur. Nhóm phát triển dự án này do ông Sutter dẫn đầu, đang tìm cách để định nghĩa các vấn đề tiên liệu và gắn kết chúng vào phần cứng. Nhưng các nhà phát triển phần mềm cũng cần ghi nhớ rằng: theo thời gian, các phần mềm trên PC cũng cần được phát triển để thích ứng một cách đồng thời với phần cứng đa lõi.

Ông Sutter phát biểu: “Các nhà thiết kế chip cần nhớ đến nhà phát triển phần mềm khi tạo ra sản phẩm mới. Phần cứng cần chú trọng vào khả năng lập trình trước tiên, sau đó mới là tốc độ. Đừng cho rằng chúng tôi, những người lập trình hệ điều hành, các chương trình biên dịch, hoặc các nhà phát triển sẽ tự luận ra sự thay đổi để cải tiến theo phần cứng”.

(nguồn: Intel.com)

FPT Aptech – Hệ Thống Đào Tạo Lập Trình Viên Quốc Tế