Частным случаем какого процессора является процессор изображений
Как создаются современные процессоры? Насколько это сложный и интересный процесс и почему так важна некая Экстремальная УФ-литография? В этот раз мы копнули действительно глубоко и готовы рассказать вам об этой магии технологий. Располагайтесь поудобнее, будет интересно.
Вот вам затравочка — 30-килоВаттный лазер в вакууме стреляет по капле олова и превращает ее в плазму — скажете фантастика?
А мы разберемся как это работает и расскажем об одной компании из Европы, которая стоит тенью за всеми гигантами Apple, AMD, Intel, Qualcomm, Samsung и другими и без нее никаких новых процессоров бы и не было. И нет это, к сожалению, не Чебоксарский завод электроники.
Чтобы понять процесс экстремальной ультрафиолетовой литографии — нам надо для начала понять, что вообще такое фотолитография. Сам процесс по своей сути очень похож на то как печатаются фотографии с пленочных негативов на фотобумагу! Не верите — сейчас все объясним.
Фотолитография
Начнем с простого примера — возьмем прозрачное стекло и нанесем на него какой-то геометрический рисунок, оставив при этом какие-то участки без краски. По сути, сделаем трафарет. Приложим этот кусок стекла к фонарику и включим его. Мы получим ровно тот же рисунок в виде тени, который мы нанесли на кусок стекла.
В производстве процессоров этот кусок стекла с рисунком называется маска. Маска позволяет получить на поверхности любого материала “засвеченные и незасвеченные” участки любой плоской формы.
Хорошо — рисунок на поверхности мы получили, но это всего лишь тень. Теперь надо как-то его там сохранить. Для этого на поверхность кремниевой пластины наносится специальный светочувствительный слой, который называют Фоторезистом. Для простоты мы не будем тут говорить о позитивных и негативных фоторезистах, почему они так реагируют, все-таки мы не на уроке Физической химии. Просто скажем, что это такое вещество, которое меняет свои свойства, когда на него попадает свет на определенной частоте, то есть на определенной длине волны.
Опять же как и на фотопленке или фотобумаге — специальные слои материалов реагируют на свет!
После того как нужные нам участки на кремнии мы засветили, именно их мы можем убрать, оставив при этом на месте остальные, то есть незасвеченные участки. В итоге мы получили тот рисунок, который и хотели. Это и есть фотолитография!
Конечно, кроме фотолитографии в производстве процессоров участвуют и другие процессы, такие как травление и осаждение, фактически комбинацией этих процессов вместе с фотолитографией транзисторы как-бы печатаются слой за слоем на кремнии.
Технология не новая, почти все процессоры начиная с 1960-х производятся при помощи фотолитографии. Именно эта технология открыла мир полевых транзисторов и путь ко всей современной микроэлектронике.
Но по-настоящему большой скачок в этой области произошел только недавно! С переходом на EUV. И всё из-за длины волны в 13.5 нм. Не переживайте, сейчас объясню!
Длина волны на которой светит наш “фонарик” — это невероятно важный параметр. Именно она и определяет насколько маленьким вы можете получить элементы на кристалле.
Правило максимально простое: Меньше длина волны — больше разрешение, и меньше техпроцесс!
Обратите внимание на картинку. Абсолютно все процессоры начиная с начала 90-х до 2019 года производились с использованием процесса Глубокой УФ-литографии, или DUV литографии. Это то, что было до Экстремальной.
Он основывался на использовании фторид-аргонового лазера, который испускает свет с длиной волны в 193 нанометра. Этот свет лежит в области глубокого ультрафиолета — отсюда и название.
Он проходит через систему линз, маску и попадает на наш кристалл покрытый фоторезистом, создавая необходимый рисунок.
Но у этой технологии тоже были свои ограничения, завязанные на фундаментальных законах физики.
Какой же минимальный техпроцесс возможен? Смотрим на формулу (только не пугайтесь):
Здесь Лямбда — это и есть наша длина волны, а CD — это critical dimension, то есть минимальный размер получаемой структуры. То есть с использованием “старой” DUV литографии можно получить структуры не меньше примерно 50 нм. Но как же это так спросите вы? Ведь производители отлично делали и 14 и 10 нм, а кто-то даже и 7 нм с использованием DUV литографии.
Они пошли на хитрости. Вместо одного засвета через одну единую маску, они стали использовать несколько масок, с разными рисунками, которые дополняют друг-друга. Это процесс получил название множественное экспонирование. Назовем это принципом слоеного пирога!
Да — производители обошли прямые физические ограничения, но физику не обманули!
Появилась серьезная проблема: эти дополнительные шаги сделали производство каждого чипа гораздо дороже, из-за них увеличивается количества брака, есть и другие проблемы.
То есть в теории можно продолжить работать со старой технологией и путем игры с масками и экспонированием (двойная, тройная, четверная экспозиция) уменьшать размеры и дальше, но это сделает процы золотыми. Ведь с каждым слоем процент брака возрастает все выше, а ошибка накапливается!
То есть можно сказать, что DUV — это тупик! Что делать дальше, как уменьшать?
И тут на помощь приходит великая и ужасная технология Экстремальной УФ-литографии, или EUV-литографии!
Посмотрите на фото — оно прекрасно демонстрирует различие двух технологий. Обе получены с использованием 7-нанометрового техпроцесса, но та что слева получена с использованием DUV-литографии и с теми самыми хитростями о которых мы говорили — тройное экспонирование, то есть с поэтапным использованием 3 разных масок. Справа же — технология EUV литографии на 13.5 нанометрах, с использованием одной единственной маски — разница очевидна — границы гораздо четче, лучший контроль геометрии, ну и сам процесс намного быстрее, меньше процент брака, то есть в конце концов дешевле. Вот она дорога в светлое будущее, почему бы сразу так не делать, в чем проблема?
Как работает EUV-литография
Все дело в том, что хоть EUV это та же литография, внутри в деталях все гораздо сложнее и тут ученые и инженеры столкнулись с новыми проблемами!
Сама технология экстремальной УФ-литографии начала разрабатываться в самом начале 2000 годов. В ней используется источник, который излучает свет с длинной волны в 13.5 нанометров — то есть на нижней границе УФ-спектра, близко к рентгену!
В теории этим способом можно создавать структуры уже критических размеров — настолько маленьких, что еще чуть-чуть и на них перестанут действовать законы обычной физики. То есть после 5 нм мы попадаем в квантовый мир!
Но даже эта проблема на данный момент решена. Есть источник — возьми, да и делай себе сколь угодно маленькие процессоры.
Все совсем не так просто!
Проблема таких коротких длин волн в том, что они поглощаются почти всеми материалами, поэтому обычные линзы что были раньше уже не подходят. Что делать?
Для управления таким светом было принято решение создать специальные отражающие зеркальные линзы. И эти линзы должны быть гладкими! Очень гладкими. Практически идеально гладкими!
Вот вам аналогия — растянем линзу до размеров, скажем, Германии, так вот ее поверхность должна быть такой гладкой, что ничего не должно выпирать больше чем на 1 миллиметр. Этот параметр называется шероховатостью линзы и у нужной нам он должен быть меньше 0.5 нанометра. Это уже близко к размерам АТОМА! Кто же сможет подковать блоху?
Конечно, Zeiss — только они на это способны! Да — та самая компания Zeiss, чьи линзы стоят на моем фотике, были в Nokia или во флагманах Sony Xperia.
Одна проблема решена — линзы есть!
Есть и вторая — этот свет рассеивается даже в простом воздухе. Поэтому для того чтобы процесс прошел нормально его надо проводить в вакууме!
Про частички пыли и грязи я вообще молчу — понятно что их там вообще не должно быть. Чистые комнаты на таком производстве на порядки чище, чем операционные в больницах! Люди буквально ходят в скафандрах. Любая, даже самая маленькая частичка грязи, кожи или воздуха может испортить и маску и зеркала!
А что же с источником? Просто поставили специальный лазер на более короткую длину волны и все? Проблема в том, что ни лампочек, ни лазеров, ни каких-либо других нормальных источников света, которые излучают на такой длине волны просто не существует в природе.
И как же тогда получают нужное излучение? Элементарно, Ватсон — нам нужна плазма.
Надо нагреть оловянный пар до температур в 100 раз больших, чем температура поверхности солнца! Всего-то! И за этим стоит почти 2 десятилетия разработок.
В установке для производства процессоров по EUV-литографии, о которой мы поговорим отдельно установлен специальный углекислотный лазер, который опять же может производиться в тандеме всего двух компаний в мире — немецкой фирмой Trumpf и американской Cymer. Этот монстр мощностью в 30 киловатт стреляет по 2 импульса с частотой 50 килогерц.
Лазер попадает в капли олова, первый выстрел фактически плющит и превращает каплю в блин, которая становится легкой мишенью для второго залпа, который ее поджигает. И происходит это 50 тысяч раз в секунду! А образовавшаяся плазма и излучает этот свет в экстремальном УФ спектре.
И естественно, это только самая база, но мы попробовали нарисовать вам картину того насколько это сложный и крутой процесс.
Компания, стоящая за производством всех процессоров
О технологии рассказали, значит ее кто-то придумал и реализовал, но ее разработка оказалась настолько дорогой, что даже крупные гиганты и воротилы не способны потянуть такие бюджеты!
В итоге, чтобы это стало реальностью всем пришлось скинуться — Intel в 2012 году, а TSMC и Samsung где-то в 2015 году приняли участие в общем проекте. Суммарные инвестиции составили, по разным оценкам от 14 до 21 млрд долларов! Из которых почти 10 млрд были вложены в одну единственную нидерландскую компанию ASML. Именно она и стоит за всем производством процессоров в мире по методу EUV-литографии! Вау! Что за ASML и почему мы о ней ничего не слышали? Компания из Нидерландов — что за темная лошадка?
Все дело в том, что ASML создали тот самый инструмент без которого Apple, Самсунг и Intel с AMD фактически как без рук! Речь идет об установке стоимостью более 120 миллионов долларов. Она огромная, 180-тонная, потребляет почти 1 мегаватт электроэнергии, и ей нужно почти 1.5 тонны воды в минуту для охлаждения! Но даже при такой цене очереди на них стоят годами ведь в год этих машин производится несколько десятков штук.
Тут же стоит упомянуть немалый вклад российских умов. Например, один из создателей этой технологии — Банин Вадим Евгеньевич, сейчас директор по разработке в ASML. Также в компании работают и другие наши соотечественники!
Мы выяснили, что эта компания делает одни из самых технологичных девайсов, в котором собраны все знания человечества и на них производят процессоры все IT-гиганты сразу!
Но не только ASML стоит за спиной нам известных IT-гигантов. Их установки состоят из более чем 100 тысяч деталей, которые производятся более чем тысячью компаний по всему миру. Все эти компании связаны друг с другом!
Будущее
Но что же будет дальше! Вы что — думали, что мы оставим вас оставим в дне сегодняшнем? Нет — мы подглядели в будущее! Мы раздобыли информацию что будет после пяти или даже двух нм!
Во-первых, прямо сейчас, пока вы смотрите это видео, TSMC уже штампует новые процессоры для HUAWEI, Apple и Samsung с использованием EUV-литографии, но не на 7 нм, как было с Apple A13 и Kirin 990, а на 5 нм техпроцессе! И этому есть множества подтверждений! И о них мы услышим уже этой осенью. Как вам такое — A14 Bionic будет 5нм! Так же ждем новые Exynos на 5 нм и процессоры Google, о которых мы рассказывали отдельно! Qualcomm наверняка тоже подтянется за ними, но тут мы не располагаем данными!
А во-вторых, и это вообще взрывает мозг, ASML уже заканчивает разработку установок, которые позволят производить процессоры на 2 нанометровом техпроцессе и даже меньше всего через 4-5 лет!
Для этого ребята из нидерландской компании совместно с немецкой Zeiss разработали новые зеркальные линзы, с высокими значениями апертуры. Это анаморфная оптика — она и многое другое позволит увеличить разрешающую способность.
Сам процесс по сути тот же EUV, но с приставкой High-NA EUV. А сами агрегаты будут занимать еще больше места, посмотрите вот так для них делают оптику!
Этот год тяжелый для всех, но в тоже время — посмотрите какими шагами начинают развиваться технологии, все шире и шире. Нас ждут новые процессоры с мощностями, которые нам и не снились.
Кроме этого развиваются совершенно новые типы процессоров такие как NPU — для нейровычислений.
При упоминании процессора многие представляют небольшую микросхему, считая, что для понимания его устройства необходимо быть гением. На самом деле это не так! В данной статье вы сможете легко понять основные блоки "мозга" компьютера.
Процессор (центральный процессор, ЦП) - электронный блок, исполняющий машинные инструкции. В более широком смысле слова процессор - устройство, обрабатывающее всю поступающую к нему информацию.
Какие показатели важны при выборе игрового процессора
Выбор процессора для игр (особенно современных) осуществить непросто. Ведь такой продукт можно отнести к особому классу. Он должен выдерживать внушительное напряжение всех его составляющих, причем постоянно. Конечно, все перечисленное выше справедливо и для таких ЦП. Но есть исключительно классовые особенности.
Рассмотрим, по каким характеристикам выбирать игровой процессор:
- Разблокированный множитель . Эта опция позволяет разогнать ЦП безопасным способом. Так называемый разгон в стоке. Повышенные значения частот достигаются при помощи нормального увеличения множителя. Это никак не влияет на напряжение или стабильность. Потому функция является наиболее безопасной. Геймер может в любой момент повысить производительность своей машины, не прибегая к специальным алгоритмам и используя штатное охлаждение.
- Наличие режима турбо . Очень полезная опция, которая существенно повышает штатную частоту при запуске ресурсоемких игр или приложений. Соответственно, повышается производительность процессора. Иногда это необходимо.
- Кэш . Речь идет о кэше третьего уровня. Его еще называют L3. Это своеобразный буфер, в который записываются сведения о часто производимых операциях. Если требуется их выполнить, данные считываются именно оттуда. И кэш работает быстро, что положительно влияет на производительность. Чем больше объем этого буфера, тем мощнее CPU. В современных устройствах чаще всего можно встретить значения 16, 32 и 64 МБ. Лучше выбирать продукты с большим показателем. ЦП будет производительнее и дольше не потеряет своей актуальности.
- Раскрытие видеокарты . Среди специалистов бытует мнение, что CPU предыдущих генераций не могут полностью раскрыть новые графические адаптеры. Соответственно, показатели в игрушках будут не такими, как хотелось бы. Вообще, рекомендуется с новой графикой использовать новые процессоры. А точная таблица совместимости ЦП и графики есть на специализированных ресурсах.
- Разгон . Необходимый атрибут геймерского процессора. Выбранный вами вариант должен легко поддаваться разгону (пусть даже через повышения вольтажа ядра). Ведь так можно существенно увеличить производительность. Но потребуется материнская плата, поддерживающая такую возможность. К тому же, на повышенных частотах камень изнашивается сильнее. Подумайте перед тем, как разгонять сердце своего компьютера.
Решая, какой игровой процессор выбрать, имейте в виду, что он, главным образом, должен соответствует индивидуальным требованиям. Если у вас графический адаптер устаревшей разновидности, то не стоит покупать дорогой Intel Core i9. Его использование будет бессмысленным. Подбор должен осуществляться в соответствии с другими компонентами компьютера.
Технологии анализа данных
За время обучения слушатели от основ (базовой высшей математики, алгоритмов и программирования) доходят до самых передовых областей машинного обучения. Мы собирали информацию по тем, в которых используются серверы с GPU:
- Глубинное обучение;
- Обучение с подкреплением;
- Компьютерное зрение;
- Автоматическая обработка текстов.
Представленные инструменты обладают разной поддержкой от создателей, но тем не менее, продолжают активно использоваться в учебных и рабочих целях. Многие из них требуют производительного оборудования для обработки задач в адекватные сроки.
Возможности для новичков
Изучение анализа данных ограничивается высокими требованиями к обучающимся: обширные познания в области математики и алгоритмики, умение программировать. По-настоящему серьезные задачи машинного обучения требуют уже наличия специализированного оборудования. А для желающих побольше узнать о теоретической составляющей науки о данных Школой анализа данных совместно с Высшей Школой Экономики был запущен онлайн курс «Введение в машинное обучение».
Процессор AMD Ryzen 5 3600 для домашнего компьютера
- техпроцесс 7 нм;
- Turbo Boost 4200 МГц;
- шестиядерный;
- с 12 потоками;
- ядро Matisse.
Процессор нового поколения. При изготовлении был использован технологический процесс 7 нм. ЦП инсталлируется в слот AM4. У него шестиядерная архитектура. В режиме стандартной работы его мощность составляет 3600 MHz. Используя Turbo Boost камень разгоняется до 4200 MHz.
В составе CPU графический процессор (или ядро) отсутствует. Продукт способен работать с ОЗУ DDR4 с частотой 3200 МГц. Возможен двухканальный режим. Объем кэша L3 составляет 32 МБ. При работе процессор выдает 65 Ватт тепловой энергии. Кулер из боксовой версии справляется с таким тепловыделением.
Если не можете определиться, какой процессор AMD выбрать, стоит обратить внимание на эту модель.
Плюсы:
- сокет АМ4;
- L3 32 мегабайта;
- 6 ядер 12 потоков;
- поддержка RAM 3200 МГц;
- опция разгона;
- выделяет 65 Вт.
Кому в Selectel жить хорошо с GPU?
Первый вариант, который сразу приходит на ум и оказывается правильной догадкой — это майнинг, однако любопытно отметить, что некоторые применяют его как вспомогательный способ загрузить оборудование на «максимум». В случае аренды выделенного сервера с видеокартами, время свободное от рабочих нагрузок используется для добычи криптовалют, не требующих специализированных установок (ферм) для своего получения.
Ставшие уже в какой-то степени классическими, задачи, связанные с графической обработкой и рендерингом, неизменно находят свое место на серверах Selectel с графическими ускорителями. Использование высокопроизводительного оборудования для таких задач позволяет получить более эффективное решение, чем организация выделенных рабочих мест с видеокартами.
В ходе разговора с нашими клиентами мы также познакомились с представителями Школы анализа данных Яндекс, которая использует мощности Selectel для организации тестовых учебных сред. Мы решили узнать побольше о том, чем занимаются студенты и преподаватели, какие направления машинного обучения сейчас популярны и какое будущее ожидает индустрию, после того как молодые специалисты пополнят ряды сотрудников ведущих организаций или запустят свои стартапы.
Признанный лидер
Различия в изначальной постановке задач перед CPU и GPU привели к значительным расхождениям в архитектуре устройств — высокая частота против многоядерности. Для графических процессоров это заложило вычислительный потенциал, который в полной мере реализуется в настоящее время. Видеопроцессоры с внушительным количеством более слабых вычислительных ядер отлично справляются с параллельными вычислениями. Центральный же процессор, исторически спроектированный для работы с последовательными задачами, остается лучшим в своей области.
Для примера сравним значения в производительности центрального и графического процессора на выполнении распространенной задачи в нейронных сетях — перемножении матриц высокого порядка. Выберем следующие устройства для тестирования:
- CPU. Intel Xeon E5-2680 v4 — 28 потоков с HyperThreading, 2.4 GHZ;
- GPU. NVIDIA GTX 1080 — 2560 CUDA Cores, 1607 Mhz, 8GB GDDR5X.
В коде выше мы измеряем время, которое потребовалось на вычисление матриц одинакового порядка на центральном или графическом процессоре («Время выполнения»). Данные можно представить в виде графика, на котором горизонтальная ось отображает порядок перемножаемых матриц, а вертикальная — Время выполнения в секундах:
Линия графика, выделенная оранжевым, показывает время, которое требуется для создания данных в обычном ОЗУ, передачу их в память GPU и последующие вычисления. Зеленая линия показывает время, которое требуется на вычисление данных, которые были сгенерированы уже в памяти видеокарты (без передачи из ОЗУ). Синяя отображает время подсчета на центральном процессоре. Матрицы порядка менее 1000 элементов перемножаются на GPU и CPU почти за одинаковое время. Разница в производительности хорошо проявляется с матрицами размерами более 2000 на 2000, когда время вычислений на CPU подскакивает до 1 секунды, а GPU остается близким к нулю.
Более сложные и практические задачи эффективнее решаются на устройстве с графическими процессорами, чем без них. Поскольку проблемы, которые решают наши клиенты на оборудовании с GPU, очень разнообразны, мы решили выяснить, какие самые популярные сценарии использования существуют.
Эпоха GPU
Для начала вспомним, что же такое GPU. Graphics Processing Unit — это графический процессор широко используемый в настольных и серверных системах. Отличительной особенностью этого устройства является ориентированность на массовые параллельные вычисления. В отличие от графических процессоров архитектура другого вычислительного модуля CPU (Central Processor Unit) предназначена для последовательной обработки данных. Если количество ядер в обычном CPU измеряется десятками, то в GPU их счет идет на тысячи, что накладывает ограничения на типы выполняемых команд, однако обеспечивает высокую вычислительную производительность в задачах, включающих параллелизм.
Общие вычисления на GPU
В 2006 году NVIDIA объявила о выпуске линейки продуктов GeForce 8 series, которая положила начало новому классу устройств, предназначенных для общих вычислений на графических процессорах (GPGPU). В ходе разработки NVIDIA пришла к пониманию, что большее число ядер, работающих на меньшей частоте, более эффективны для параллельных нагрузок, чем малое число более производительных ядер. Видеопроцессоры нового поколения обеспечили поддержку параллельных вычислений не только для обработки видеопотоков, но также для проблем, связанных с машинным обучением, линейной алгеброй, статистикой и другими научными или коммерческими задачами.
Уроки химии
Давайте рассмотрим весь процесс более подробно. Содержание кремния в земной коре составляет порядка 25-30% по массе, благодаря чему по распространённости этот элемент занимает второе место после кислорода. Песок, особенно кварцевый, имеет высокий процент содержания кремния в виде диоксида кремния (SiO2) и в начале производственного процесса является базовым компонентом для создания полупроводников.
Первоначально берется SiO2 в виде песка, который в дуговых печах (при температуре около 1800°C) восстанавливают коксом:
Данные реакции с использованием рецикла образующихся побочных кремнийсодержащих веществ снижают себестоимость и устраняют экологические проблемы:
Получившийся в результате водород можно много где использовать, но самое главное то, что был получен «электронный» кремний, чистый-пречистый (99,9999999%). Чуть позже в расплав такого кремния опускается затравка («точка роста»), которая постепенно вытягивается из тигля. В результате образуется так называемая «буля» — монокристалл высотой со взрослого человека. Вес соответствующий — на производстве такая дуля весит порядка 100 кг.
Слиток шкурят «нулёвкой» :) и режут алмазной пилой. На выходе – пластины (кодовое название «вафля») толщиной около 1 мм и диаметром 300 мм (~12 дюймов; именно такие используются для техпроцесса в 32нм с технологией HKMG, High-K/Metal Gate). Когда-то давно Intel использовала диски диаметром 50мм (2"), а в ближайшем будущем уже планируется переход на пластины с диаметром в 450мм – это оправдано как минимум с точки зрения снижения затрат на производство чипов. К слову об экономии — все эти кристаллы выращиваются вне Intel; для процессорного производства они закупаются в другом месте.
Каждую пластину полируют, делают идеально ровной, доводя ее поверхность до зеркального блеска.
Производство чипов состоит более чем из трёх сотен операций, в результате которых более 20 слоёв образуют сложную трёхмерную структуру – доступный на Хабре объем статьи не позволит рассказать вкратце даже о половине из этого списка :) Поэтому совсем коротко и лишь о самых важных этапах.
Итак. В отшлифованные кремниевые пластины необходимо перенести структуру будущего процессора, то есть внедрить в определенные участки кремниевой пластины примеси, которые в итоге и образуют транзисторы. Как это сделать? Вообще, нанесение различных слоев на процессорную подложу это целая наука, ведь даже в теории такой процесс непрост (не говоря уже о практике, с учетом масштабов)… но ведь так приятно разобраться в сложном ;) Ну или хотя бы попытаться разобраться.
Intel Core i9 Coffee Lake для игрового компьютера
- восьмиядерный CPU;
- поддержка 128 ГБ ОЗУ;
- Turbo Boost до 5 гигагерц;
- L3 16 мегабайт.
Именно этот ЦП лучше выбрать для мощного игрового компьютера. Он имеет в своем активе восемь производительных ядер. Частота при Turbo Boost может достигать 5000 МГц. ЦП поддерживает 128 гигабайт оперативки стандарта DDR4 с пропускной способностью 41.6 ГБ/с. В нормальном режиме работы частота равна 3600 МГц. Камень выполнен с использованием техпроцесса 14 нм.
Для производительных персональных компьютеров это оптимальных вариант. CPU оснащен кэшем L3 в объеме 16 МБ. Под нагрузкой ЦП выделяет 95 Ватт тепла, а его максимальная рабочая температура может достигать 100 градусов. Относится к семейству Coffee Lake-S и поддерживает два канала ОЗУ.
Дальнейшее развитие и проекты
Как и любая наука, направление анализа данных будет изменяться. Опыт, который получают студенты сегодня, несомненно войдет в основу будущих разработок. Поэтому отдельно стоит отметить высокую практическую направленность программы — некоторые студенты во время учебы или после начинают стажироваться в Яндексе и применять свои знания уже на реальных сервисах и службах (поиск, компьютерное зрение, распознавание речи и другие).
О будущем анализа данных мы поговорили с преподавателями Школы анализа данных, которые поделились с нами своим видением развития науки о данных.
По мнению Влада Шахуро, преподавателя курса «Анализ изображений и видео», самые интересные задачи в компьютерном зрении — обеспечение безопасности в местах массового скопления людей, управление беспилотным автомобилем и создание приложение с использованием дополненной реальности. Для решения этих задач необходимо уметь качественно анализировать видеоданные и развивать в первую очередь алгоритмы детектирования и слежения за объектами, распознавания человека по лицу и трехмерной реконструкции наблюдаемой сцены. Преподаватель Виктор Лемпицкий, ведущий курс «Глубинное обучение», отдельно выделяет в своем направлении автокодировщики, а также генеративные и состязательные сети.
Один из наставников Школы анализа данных делится своим мнением касательно распространения и начала массового использования машинного обучения:
«Машинное обучение из удела немногих одержимых исследователей превращается в ещё один инструмент рядового разработчика. Раньше (например в 2012) люди писали низкоуровневый код для обучения сверточных сетей на паре видеокарт. Сейчас, кто угодно может за считанные часы:
- скачать веса уже обученной нейросети (например, в keras);
- сделать с ее помощью решение для своей задачи (fine-tuning, zero-shot learning);
- встроить её в свой веб-сайт или мобильное приложение (tensorflow / caffe 2).
По мнению Ивченко Олега, администратора серверной инфраструктуры ШАД, для стандартных задач глубокого обучения на стандартных наборах данных (например, CIFAR, MNIST) требуются такие ресурсы:
- 6 ядер CPU;
- 16 Gb оперативной памяти;
- 1 GPU-карточка с 6-8 Gb видеопамяти. Это соответствует таким видеокартам, как PNY NVIDIA GeForce GTX 1060 или MSI GeForce GTX 1070.
Основные технические характеристики
Теперь о том, как правильно выбрать процессор. Для этого стоит изучить основные технические характеристики интересующего продукта.
Давайте поговорим о том, по каким параметрам выбирать CPU:
- Количество ядер . Показатель актуален в том случае, если нужно работать со специализированными приложениями. Для этого действительно нужны мощные многоядерные платформы. А для стандартного домашнего (и даже игрового) компьютера вполне хватит ЦП с 4 ядрами. Его будет достаточно для всего, поскольку в повседневной жизни на мощность влияет отнюдь не количество ядер.
- Тактовая частота процессора . Определяет, сколько операций в секунду может выполнить процессор. Чем она выше, тем лучше. Оптимальная частота для обеспечения средней мощности начинается от 2.4 ГГц. Более производительные ЦП работают с показателями 3.2 ГГц и выше. А топовым конфигурациям по силам взять частоты от 4.8 до 5 ГГц. Иногда ничтожная разница в несколько мегагерц бывает критичной.
- Интегрированная графика . Если собирать ПК только для офисной работы или простых развлечений, то встроенная графика позволит сэкономить на видеокарте (ее не нужно будет покупать). Многие CPU семейства Intel Core оснащены встроенной графикой. Как и продукты от AMD серий А или FX. Их характеристики по части графики не позволят запускать игры, но для фильмов даже в Full HD производительности вполне хватит.
- Сокет . Подбирается в соответствии с имеющейся материнской платой. Если ее нет, то выбирается ЦП по требуемым характеристикам. После этого можно купить материнку. О типах сокетов уже было сказано.
- OEM или BOX . Здесь играют роль ваши предпочтения и финансы. Но учтите, что сохранить деньги таким способом не получится. Для получения действительно холодного ЦП придется потратиться на дополнительную систему охлаждения. Штатная, как правило, имеет весьма средние параметры.
- Поддерживаемая RAM . Современные устройства дружат с оперативкой DDR4. Но для RAM третьего поколения, то стоит подбирать соответствующий CPU. Также нужно учесть частоту ОЗУ. Ведь ЦП не сможет работать с неподдерживаемыми компонентами.
Производство процессоров
Когда фабрика для производства процессоров по новой технологии построена, у нее есть 4 года на то, чтобы окупить вложенные средства (более $5млрд) и принести прибыль. Из несложных секретных расчетов получается, что фабрика должна производить не менее 100 работающих пластин в час.
Вкратце процесс изготовления процессора выглядит так: из расплавленного кремния на специальном оборудовании выращивают монокристалл цилиндрической формы. Получившийся слиток охлаждают и режут на «блины», поверхность которых тщательно выравнивают и полируют до зеркального блеска. Затем в «чистых комнатах» полупроводниковых заводов на кремниевых пластинах методами фотолитографии и травления создаются интегральные схемы. После повторной очистки пластин, специалисты лаборатории под микроскопом производят выборочное тестирование процессоров – если все «ОК», то готовые пластины разрезают на отдельные процессоры, которые позже заключают в корпуса.
Современный и производительный AMD Ryzen 9 3950X
- 16 ядер 32 потока;
- сокет АМ4;
- 4700 МГц Turbo Boost;
- L3 64 мегабайт;
- технология 7 нм.
Современный ЦП от AMD для системного блока с топовой конфигурацией. Оснащен 16 высокопроизводительными ядрами, работающими на 4700 МГц в режиме повышенной мощности. При этом у CPU 32 виртуальных потока. Он хорош для сложных задач, требующих многопоточности. Поддерживает оперативку DDR4 частотой 3200 МГц.
У L3 размер 64 МБ, что положительно влияет на производительность. Используется ядро семейства Matisse. Выполнен с использованием техпроцесса 7 нм. В нем имеется встроенный контроллер памяти, что позволяет продуктивно работать с ОЗУ. При работе ЦП выделяет 105 Вт. Так что понадобится мощная система охлаждения.
Отзывы
Данный ЦП хорош для игр, так как обладает мощными ядрами и при этом довольно холодный. Он подходит под материнскую плату предыдущего поколения благодаря разъему АМ4. Продукт легко поддается разгону, хоть это и не требуется.
Финишная прямая
Ура – самое сложное позади. Осталось хитрым способом соединить «остатки» транзисторов — принцип и последовательность всех этих соединений (шин) и называется процессорной архитектурой. Для каждого процессора эти соединения различны – хоть схемы и кажутся абсолютно плоскими, в некоторых случаях может использоваться до 30 уровней таких «проводов». Отдаленно (при очень большом увеличении) все это похоже на футуристическую дорожную развязку – и ведь кто-то же эти клубки проектирует!
Когда обработка пластин завершена, пластины передаются из производства в монтажно-испытательный цех. Там кристаллы проходят первые испытания, и те, которые проходят тест (а это подавляющее большинство), вырезаются из подложки специальным устройством.
На следующем этапе процессор упаковывается в подложку (на рисунке – процессор Intel Core i5, состоящий из CPU и чипа HD-графики).
Минусы:
Фотолитография
Проблема решается с помощью технологии фотолитографии — процесса избирательного травления поверхностного слоя с использованием защитного фотошаблона. Технология построена по принципу «свет-шаблон-фоторезист» и проходит следующим образом:
— На кремниевую подложку наносят слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На него наносится фоторезист — слой полимерного светочувствительного материала, меняющего свои физико-химические свойства при облучении светом.
— Производится экспонирование (освещение фотослоя в течение точно установленного промежутка времени) через фотошаблон
— Удаление отработанного фоторезиста.
Нужная структура рисуется на фотошаблоне — как правило, это пластинка из оптического стекла, на которую фотографическим способом нанесены непрозрачные области. Каждый такой шаблон содержит один из слоев будущего процессора, поэтому он должен быть очень точным и практичным.
Иной раз осаждать те или иные материалы в нужных местах пластины просто невозможно, поэтому гораздо проще нанести материал сразу на всю поверхность, убрав лишнее из тех мест, где он не нужен — на изображении выше синим цветом показано нанесение фоторезиста.
Пластина облучается потоком ионов (положительно или отрицательно заряженных атомов), которые в заданных местах проникают под поверхность пластины и изменяют проводящие свойства кремния (зеленые участки — это внедренные чужеродные атомы).
Как изолировать области, не требующие последующей обработки? Перед литографией на поверхность кремниевой пластины (при высокой температуре в специальной камере) наносится защитная пленка диэлектрика – как я уже рассказывал, вместо традиционного диоксида кремния компания Intel стала использовать High-K-диэлектрик. Он толще диоксида кремния, но в то же время у него те же емкостные свойства. Более того, в связи с увеличением толщины уменьшен ток утечки через диэлектрик, а как следствие – стало возможным получать более энергоэффективные процессоры. В общем, тут гораздо сложнее обеспечить равномерность этой пленки по всей поверхности пластины — в связи с этим на производстве применяется высокоточный температурный контроль.
Так вот. В тех местах, которые будут обрабатываться примесями, защитная пленка не нужна – её аккуратно снимают при помощи травления (удаления областей слоя для формирования многослойной структуры с определенными свойствами). А как снять ее не везде, а только в нужных областях? Для этого поверх пленки необходимо нанести еще один слой фоторезиста – за счет центробежной силы вращающейся пластины, он наносится очень тонким слоем.
В фотографии свет проходил через негативную пленку, падал на поверхность фотобумаги и менял ее химические свойства. В фотолитографии принцип схожий: свет пропускается через фотошаблон на фоторезист, и в тех местах, где он прошел через маску, отдельные участки фоторезиста меняют свойства. Через маски пропускается световое излучение, которое фокусируется на подложке. Для точной фокусировки необходима специальная система линз или зеркал, способная не просто уменьшить, изображение, вырезанное на маске, до размеров чипа, но и точно спроецировать его на заготовке. Напечатанные пластины, как правило, в четыре раза меньше, чем сами маски.
Весь отработанный фоторезист (изменивший свою растворимость под действием облучения) удаляется специальным химическим раствором – вместе с ним растворяется и часть подложки под засвеченным фоторезистом. Часть подложки, которая была закрыта от света маской, не растворится. Она образует проводник или будущий активный элемент – результатом такого подхода становятся различные картины замыканий на каждом слое микропроцессора.
Собственно говоря, все предыдущие шаги были нужны для того, чтобы создать в необходимых местах полупроводниковые структуры путем внедрения донорной (n-типа) или акцепторной (p-типа) примеси. Допустим, нам нужно сделать в кремнии область концентрации носителей p-типа, то есть зону дырочной проводимости. Для этого пластину обрабатывают с помощью устройства, которое называется имплантер — ионы бора с огромной энергией выстреливаются из высоковольтного ускорителя и равномерно распределяются в незащищенных зонах, образованных при фотолитографии.
Там, где диэлектрик был убран, ионы проникают в слой незащищенного кремния – в противном случае они «застревают» в диэлектрике. После очередного процесса травления убираются остатки диэлектрика, а на пластине остаются зоны, в которых локально есть бор. Понятно, что у современных процессоров может быть несколько таких слоев — в таком случае на получившемся рисунке снова выращивается слой диэлектрика и далее все идет по протоптанной дорожке — еще один слой фоторезиста, процесс фотолитографии (уже по новой маске), травление, имплантация… ну вы поняли.
Характерный размер транзистора сейчас — 32 нм, а длина волны, которой обрабатывается кремний — это даже не обычный свет, а специальный ультрафиолетовый эксимерный лазер — 193 нм. Однако законы оптики не позволяют разрешить два объекта, находящиеся на расстоянии меньше, чем половина длины волны. Происходит это из-за дифракции света. Как быть? Применять различные ухищрения — например, кроме упомянутых эксимерных лазеров, светящих далеко в ультрафиолетовом спектре, в современной фотолитографии используется многослойная отражающая оптика с использованием специальных масок и специальный процесс иммерсионной (погружной) фотолитографии.
Логические элементы, которые образовались в процессе фотолитографии, должны быть соединены друг с другом. Для этого пластины помещают в раствор сульфата меди, в котором под действием электрического тока атомы металла «оседают» в оставшихся «проходах» — в результате этого гальванического процесса образуются проводящие области, создающие соединения между отдельными частями процессорной «логики». Излишки проводящего покрытия убираются полировкой.
Виды процессоров для ПК и их устройство
Что такое ЦП в компьютере? Это уникальная система из кремниевых кристаллов и микрочипов, которая отвечает за работу компьютера и скорость вычислений. Но есть определенные виды процессоров, о которых стоит поговорить. Это поможет понять, какой тип лучше для определенного ПК.
Процессоры бывают следующих разновидностей:
- BOX . Боксовая версия процессора. Представляет собой коробку с улучшенной комплектацией. Вместе с самим ЦП в ней можно найти гарантийный талон, инструкцию и штатную систему охлаждения (кулер с радиатором). Как правило, устройство в такой комплектации стоит больше, чем другие версии. И не всегда штатное охлаждение соответствует той цене, которую за него просят.
- OEM . Предназначены для компаний, собирающих готовые ПК. Если вы купите такой процессор, то получите исключительно CPU. Ни коробки, ни гарантийного талона, ни охлаждения не будет. Вам вынесут только процессор в пакетике. Хоть это и не особенно эстетично, но OEM версии значительно дешевле своих боксовых alter ego.
- Есть еще текстовый процессор . К железу компьютера он никак не относится. По факту это специализированное приложение, предназначенное для работы с текстом (тот же самый Word от Microsoft). В наш материал он попал только затем, чтобы вы не путали его с каким-то отдельным типом CPU.
Решая, какой текстовый процессор выбрать, важно учитывать индивидуальные предпочтения. Вариантов довольно много (из OpenOffice или Libra Office).
Но какие типы процессоров для ПК лучше? Специалисты советуют приобретать OEM версии. Штатное охлаждение все равно не поможет в том случае, если вы вдруг решите заняться разгоном. Да и ценник такой, что можно приобрести систему охлаждения куда эффективнее за меньшие деньги. В боксовых версиях нет никакого практического смысла.
Минусы:
Привет, сокет!
Подложка, кристалл и теплораспределительная крышка соединяются вместе – именно этот продукт мы будем иметь ввиду, говоря слово «процессор». Зеленая подложка создает электрический и механический интерфейс (для электрического соединения кремниевой микросхемы с корпусом используется золото), благодаря которому станет возможным установка процессора в сокет материнской платы – по сути, это просто площадка, на которой разведены контакты от маленького чипа. Теплораспределительная крышка является термоинтерфейсом, охлаждающим процессор во время работы – именно к этой крышке будут примыкать система охлаждения, будь то радиатор кулера или здоровый водоблок.
Сокет (разъём центрального процессора) — гнездовой или щелевой разъём, предназначенный для установки центрального процессора. Использование разъёма вместо прямого распаивания процессора на материнской плате упрощает замену процессора для модернизации или ремонта компьютера. Разъём может быть предназначен для установки собственно процессора или CPU-карты (например, в Pegasos). Каждый разъём допускает установку только определённого типа процессора или CPU-карты.
На завершающем этапе производства готовые процессоры проходят финальные испытания на предмет соответствия основным характеристикам – если все в порядке, то процессоры сортируются в нужном порядке в специальные лотки – в таком виде процессоры уйдут производителям или поступят в OEM-продажу. Еще какая-то партия пойдет на продажу в виде BOX-версий – в красивой коробке вместе со стоковой системой охлаждения.
Отзывы
Самое главное, что отмечается в отзывах, – невероятная производительность. Однако для получения полноценных 5 ГГц придется поиграть с настройками, предварительно установив крутую систему охлаждения. Из недостатков – только очень большой ценник.
The end
Теперь представьте себе, что компания анонсирует, например, 20 новых процессоров. Все они различны между собой – количество ядер, объемы кэша, поддерживаемые технологии… В каждой модели процессора используется определенное количество транзисторов (исчисляемое миллионами и даже миллиардами), свой принцип соединения элементов… И все это надо спроектировать и создать/автоматизировать – шаблоны, линзы, литографии, сотни параметров для каждого процесса, тестирование… И все это должно работать круглосуточно, сразу на нескольких фабриках… В результате чего должны появляться устройства, не имеющие права на ошибку в работе… А стоимость этих технологических шедевров должна быть в рамках приличия… Почти уверен в том, что вы, как и я, тоже не можете представить себе всего объема проделываемой работы, о которой я и постарался сегодня рассказать.
Ну и еще кое-что более удивительное. Представьте, что вы без пяти минут великий ученый — аккуратно сняли теплораспределительную крышку процессора и в огромный микроскоп смогли увидеть структуру процессора – все эти соединения, транзисторы… даже что-то на бумажке зарисовали, чтобы не забыть. Как думаете, легко ли изучить принципы работы процессора, располагая только этими данными и данными о том, какие задачи с помощью этого процессора можно решать? Мне кажется, примерно такая картина сейчас видна ученым, которые пытаются на подобном уровне изучить работу человеческого мозга. Только если верить стэнфордским микробиологам, в одном человеческом мозге находится больше «транзисторов», чем во всей мировой IT-инфраструктуре. Интересно, правда?
Плюсы:
Заключение
Мы рассказали, как разобраться в процессорах. Заметим, что вся информация справедлива только для вариантов, подходящих к классическим ПК. Если нужен хороший CPU для ноутбука, то придется учесть еще ряд параметров, поскольку у мобильных версий свои особенности.
Напомним, какие модели мы отобрали для обзора и почему выбор пал именно на эти продукты:
• AMD Ryzen 5 3600 для домашнего компьютера . Его частота может составлять 4.2 ГГц (в турбо режиме), присутствует кэш L3 в 32 МБ. Выполнен ЦП по новейшему техпроцессу 7 нм. С ним можно собрать средний по мощности ПК.
• Производительный AMD Ryzen 9 3950X . Хорош для многозадачности. Это шестнадцатиядерный ЦП с 32 потоками. Многие спрашивают, какое ядро процессора лучше. Это Matisse, входящее в состав данного устройства и использующее технологический процесс 7 нм.
От качества процессора зависит производительность компьютера. ПК без этого устройства работать никак не сможет. Если вы будете следовать нашим рекомендациям, то сможете подобрать подходящий процессор в соответствии со своими требованиями, и определить, какое количество ядер ЦП подходит для ваших задач.
Графические процессоры (graphics processing unit, GPU) — яркий пример того, как технология, спроектированная для задач графической обработки, распространилась на несвязанную область высокопроизводительных вычислений. Современные GPU являются сердцем множества сложнейших проектов в сфере машинного обучения и анализа данных. В нашей обзорной статье мы расскажем, как клиенты Selectel используют оборудование с GPU, и подумаем о будущем науки о данных и вычислительных устройств вместе с преподавателями Школы анализа данных Яндекс.
Графические процессоры за последние десять лет сильно изменились. Помимо колоссального прироста производительности, произошло разделение устройств по типу использования. Так, в отдельное направление выделяются видеокарты для домашних игровых систем и установок виртуальной реальности. Появляются мощные узкоспециализированные устройства: для серверных систем одним из ведущих ускорителей является NVIDIA Tesla P100, разработанный именно для промышленного использования в дата-центрах. Помимо GPU активно ведутся исследования в сфере создания нового типа процессоров, имитирующих работу головного мозга. Примером может служить однокристальная платформа Kirin 970 с собственным нейроморфным процессором для задач, связанных с нейронными сетями и распознаванием образов.
Подобная ситуация заставляет задуматься над следующими вопросами:
- Почему сфера анализа данных и машинного обучения стала такой популярной?
- Как графические процессоры стали доминировать на рынке оборудования для интенсивной работы с данными?
- Какие исследования в области анализа данных будут наиболее перспективными в ближайшем будущем?
Плюсы:
- техпроцесс 7 нм;
- 16 физических ядер;
- 32 виртуальных потока;
- поддержка RAM 3200 МГц;
- кэш 64 МБ;
- стабильность;
- возможность разгона;
- контроллер памяти.
Какой процессор выбрать: Intel или AMD
Лучшие производители процессоров (да и единственные) – это AMD и Intel. У них есть свои поклонники, которые всегда стремятся доказать, что их любимый продукт лучше.
Но если взглянуть на дело беспристрастно и понять, чем отличаются процессоры Intel и AMD, то получится следующая картина:
- Intel . Еще недавно они считались топовыми решениями для геймерских машин. Их конек – удельная мощность на ядро. То есть, главное – частота, а не количество ядер. Этот подход оправдан, если вспомнить, сколько еще игр и программ не адаптировано под многопоточность. Однако найти бюджетный и одновременно производительный ЦП в линейке Intel непросто. Синий бренд предлагает производительные топовые CPU по внушительным ценам. Но у них есть ряд проблем. ЦП Intel подвержены уязвимостям Meltdown и Spectre. Последние поколения (Core i9) не всегда практично ведут себя под нагрузкой: если загрузить ЦП на полную, то появляется троттлинг (падение частоты и сбои).
- AMD . ЦП последнего поколения от этой фирмы выглядят выигрышнее продуктов от Intel. Они выполнены по техпроцессу 7 нм. Топовые Ryzen Threadripper имеют 16 ядер на борту. Они незаменимы для специализированных задач. В играх новые CPU этой марки также показывают хорошую производительность (и даже обходят Intel). При этом проблем с уязвимостями, как и с троттлингом, нет никаких. Есть в линейке варианты для среднего игрового компьютера (к примеру, Ryzen 3) по вменяемой цене.
Так какой процессор выбрать? Интереснее всего в современных реалиях выглядит продукция компании AMD. У этого производителя актуальный техпроцесс, достаточные мощности, внушительное количество ядер и адекватные цены. Но главное – нет никаких проблем с уязвимостями, что дает плюс к мощности.
Минусы:
Что такое сокет
Сокет – это посадочное место на материнке, предназначенное для CPU. У него уникальная архитектура, позволяющая установить ЦП только определенного типа. Разберемся, какой сокет выбрать. Вообще, это зависит от конкретной материнской платы. А если ее нет, то нужно выбирать по степени актуальности сокета.
Различаются следующие варианты:
- AM3+, AM4, FM2+, TR4 . Сокеты, предназначенные для установки ЦП от AMD. Серия AM3 используется для процессоров типа Athlon и Phenom. Это устройства нижнего уровня, которые медленно, но верно уступают место новым моделям. В разъемы AM4 устанавливают CPU линейки FX и A (а также некоторые ЦП семейства Ryzen). Они более современны, чем предыдущие. А TR4 предназначаются для производительных платформ типа Threadripper.
- LGA 1151 v2, LGA 2066 . Актуальные сокеты для ЦП от компании Intel. Разница между ними заключается в том, что разъем LGA 2066 используется исключительно для создания профессиональных производительных платформ. А в плане креплений и расположения ключей между этими двумя сокетами отличие минимальное. Для Intel существуют сокеты LGA 1155, 1150, и 1151. Но они уже устарели.
BONUS
Хватило сил дочитать до этого абзаца? ) Поздравляю – приятно, что я постарался не зря. Тогда предлагаю откинуться на спинку кресла и посмотреть всё описанное выше, но в виде более наглядного видеоролика – без него статья была бы не полной.
Эту статью я писал сам, пытаясь вникнуть в тонкости процесса процессоростроения. Я к тому, что в статье могут быть какие-то неточности или ошибки — если найдете что-то, дайте знать. А вообще, чтобы окончательно закрепить весь прочитанный материал и наглядно понять то, что было недопонято в моей статье, пройдите по этой ссылке. Теперь точно всё.
Успехов!
Отзывы
Подобрать что-нибудь лучше за эту цену невозможно. ЦП обладает высокой производительностью. Особенно это заметно в профессиональных приложениях. При этом он холодный (с соответствующим кулером), с небольшим потенциалом для разгона.
Новое направление
Повсюду нас окружает информация: от логов интернет-компаний и банковских операций до показаний в экспериментах на Большом адронном коллайдере. Умение работать с этими данными может принести миллионные прибыли и дать ответы на фундаментальные вопросы о строении Вселенной. Поэтому анализ данных стал отдельным направлением исследований среди бизнес и научного сообщества.
Школа анализа данных готовит лучших профильных специалистов и ученых, которые в будущем станут основным источником научных и индустриальных разработок в данной сфере. Развитие отрасли сказывается и на нас как на инфраструктурном провайдере — все больше клиентов запрашивают конфигурации серверов для задач анализа данных.
От специфики задач, стоящих перед нашими клиентами, зависит то, какое оборудование мы должны предлагать заказчикам и в каком направлении следует развивать нашу продуктовую линейку. Совместно со Станиславом Федотовым и Олегом Ивченко мы опросили студентов и преподавателей Школы анализа данных и выяснили, какие технологии они используют для решения практических задач.
Структура процессора
- Блок управления - компонент, отвечающий за обработку инструкций, их операндов. Он генерирует набор определённых сигналов, обеспечивающих исполнение текущей микрооперации.
- Регистровый блок - часть процессора, составляющая его сверхоперативную память (СОЗУ) . Всё дело в том, что время обращения к оперативной памяти гораздо больше времени, необходимого для исполнения вычислений, поэтому для временного хранения небольших объёмов данных (например, операндов) используются регистры. Подразделяются они на регистры общего назначения и специализированные .
- Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - блок, отвечающий за выполнение арифметических и логических команд над данными, называемыми операндами . В выражении "2 + 3" два и три являются операндами, а плюс оператором.
- Кэш-память - также сверхоперативная память, но предназначенная для хранения наиболее часто используемых данных. Таким образом, уменьшается время обращения к оперативной памяти, иначе скорость обработки данных снизилась бы в разы. Кэш-память процессора подразделяется на несколько уровней:
- Кэш-память первого уровня является самой быстрой памятью, однако,
её ёмкость обычно составляет не более 128 Кбайт. Используется непосредственно ядром процессора. - Кэш-память второго уровня сходная с памятью первого уровня, хотя имеет более низкую скорость, но больший объём (от 128 Кбайт до 12 Мбайт)
- Кэш-память третьего уровня медленнее кэшей предыдущих уровней, но всё равно значительно быстрее оперативной памяти.
- Кэш-память четвёртого уровня используется только в высокопроизводительных системах, например, серверах.
Следует отметить, что все операции процессора должны выполнятся в строго определённой последовательности, а его блоки - синхронизированы. Это происходит с помощью тактового генератора. За один такт происходит выполнение определённого набора микроопераций. Теперь становится понятно: чем выше тактовая частота, тем больше информации может быть обработано процессором за единицу времени.
Таким образом, мы убедились в том, что в устройстве процессора нет ничего загадочного. В то же время следует понимать, что его деление на функциональные блоки абстрактно - в реальности его компоненты располагаются совершенно иным, с первого взгляда, хаотичным способом. Это позволяет создавать всё более мощные, компактные и дешёвые процессорные устройства.
Центральный процессор – вычислительная мощь любого ПК. Он отвечает за общую производительность и влияет на возможности домашнего или рабочего компьютера. При этом устройства обладают достаточно сложными техническими характеристиками, из-за чего бывает непросто определиться с подходящей моделью.
Расскажем, как выбрать процессор для компьютера, и перечислим основные критерии, важные при выборе устройств для игровых ПК. Разобраться в этих вопросах нам помогал консультант магазина компьютерной техники «Призма» Евгений Родин .
На рынке представлены процессоры двух популярных производителей: Intel и AMD. Продукция каждого бренда имеет свои преимущества и недостатки, о которых мы расскажем в статье.
Перед тем, как обобщить основные параметры, влияющие на выбор качественного и производительного процессора, предлагаем сделать обзор трех устройств, отличающихся хорошими техническими показателями. В рейтинг лучших вошли:
Вместо заключения
Рост рынка графических процессоров обеспечивается возрастающим интересом к возможностям таких устройств. GPU применяется в домашних игровых системах, задачах рендеринга и видеообработки, а также там, где требуются общие высокопроизводительные вычисления. Практическое применение задач интеллектуального анализа данных будет проникать все глубже в нашу повседневную жизнь. И выполнение подобных программ наиболее эффективно осуществляется именно с помощью GPU.
Мы благодарим наших клиентов, а также преподавателей и студентов Школы анализа данных за совместную подготовку материала, и приглашаем наших читателей познакомиться с ними поближе.
А опытным и искушенным в сфере машинного обучения, анализа данных и не только мы предлагаем посмотреть предложения от Selectel по аренде серверного оборудования с графическми ускорителями: от простых GTX 1080 до Tesla P100 и K80 для самых требовательных задач.
Сложно в это поверить, но современный процессор является самым сложным готовым продуктом на Земле – а ведь, казалось бы, чего сложного в этом куске железа?
Как и обещал – подробный рассказ о том, как делают процессоры… начиная с песка. Все, что вы хотели знать, но боялись спросить )
Я уже рассказывал о том, «Где производят процессоры» и о том, какие «Трудности производства» на этом пути стоят. Сегодня речь пойдет непосредственно про само производство – «от и до».
Наука о данных
Пожалуй, среди наших читателей не найдется тех, кто не слышал бы словосочетания «нейронные сети» или «машинное обучение». Отбросив маркетинговые вариации на тему этих слов, получается сухой остаток в виде зарождающейся и перспективной науки о данных.
Современный подход к работе с данными включает в себя несколько основных направлений:
- Большие данные (Big Data). Основная проблема в данной сфере — колоссальный объем информации, который не может быть обработан на единственном сервере. С точки зрения инфраструктурного обеспечения, требуется решать задачи создания кластерных систем, масштабируемости, отказоустойчивости, и распределенного хранения данных;
- Ресурсоемкие задачи (Машинное обучение, глубокое обучение и другие). В этом случае поднимается вопрос использования высокопроизводительных вычислений, требующих большого количества ОЗУ и процессорных ресурсов. В таких задачах активно используются системы с графическими ускорителями.
Граница между данными направления постепенно стирается: основные инструменты для работы с большими данным (Hadoop, Spark) внедряют поддержку вычислений на GPU, а задачи машинного обучения охватывают новые сферы и требуют бо́льших объемов данных. Разобраться подробнее нам помогут преподаватели и студенты Школы анализа данных.
Трудно переоценить важность грамотной работы с данными и уместного внедрения продвинутых аналитических инструментов. Речь идёт даже не о больших данных, их «озерах» или «реках», а именно об интеллектуальном взаимодействии с информацией. Происходящее сейчас представляет собой уникальную ситуацию: мы можем собирать самую разнообразную информацию и использовать продвинутые инструменты и сервисы для глубокого анализа. Бизнес внедряет подобные технологии не только для получения продвинутой аналитики, но и для создания уникального продукта в любой отрасли. Именно последний пункт во многом формирует и стимулирует рост индустрии анализа данных.
Первые шаги
Развитие видеопроцессоров на ранних этапах было тесно связано с нарастающей потребностью в отдельном вычислительном устройстве для обработки двух и трехмерной графики. До появления отдельных схем видеоконтроллеров в 70-х годах вывод изображения осуществлялся через использование дискретной логики, что сказывалось на увеличенном энергопотреблении и больших размерах печатных плат. Специализированные микросхемы позволили выделить разработку устройств, предназначенных для работы с графикой, в отдельное направление.
Следующим революционным событием стало появление нового класса более сложных и многофункциональных устройств — видеопроцессоров. В 1996 году компания 3dfx Interactive выпустила чипсет Voodoo Graphics, который быстро занял 85% рынка специализированных видеоустройств и стал лидером в области 3D графики того времени. После серии неудачных решений менеджмента компании, среди которых была покупка производителя видеокарт STB, 3dfx уступила первенство NVIDIA и ATI (позднее AMD), а в 2002 объявила о своем банкротстве.
Читайте также: