Nach dem Ende des GHz-Rennens setzen die Prozessorhersteller auf Tandem-Power. Die neuen Chips rechnen schnell und kommen dabei kaum ins Schwitzen. Nur muss die Software mitziehen, damit die Sportlerherzen möglichst gleichmäßig im Takt schlagen.
|
Inhalt |
|---|
|
36 | Grundlagen Doppel-CPUs sind klar im Trend. Ein Wegweiser durch den Dschungel der Techniken und Bezeichnungen. 42 | OpenMP Software parallelisieren durch Compiler-Pragmas. Die entstehende Software bleibt auf Singlecore-CPUs lauffähig. 48 | Intel Threading Blocks C++-Template-basiertes kommerzielles Framework zur Parallelprogrammierung. 52 | Kerntechnik Der Linux-Kernel verteilt Prozesse und Threads auf die vorhandenen Cores. Per Scheduling-API beeinflussen ihn dabei die Anwendungsprogramme. 58 | Nachgemessen Mehrere Benchmarks belegen, wann Multicore-Prozessoren etwas bringen und wann nicht. |
Bei Radfahrern ist die Sache leicht einzusehen: Doppelt hält nicht nur besser, doppelt ist auch schneller. Ein etwa gleiches Trainingsniveau vorausgesetzt haben Tandemfahrer gegenüber Solisten klar die besseren Karten. Entweder gewinnen sie jedes Rennen oder müssen bei gleichem Tempo weniger schwitzen. Dieses Bild könnten auch AMD und Intel vor Augen gehabt haben, als sie vor etwa zwei Jahren damit begannen, zwei Kerne (Cores) in ein Prozessorgehäuse zu packen.
Gegenüber einem konventionellen SMP-System hat das drei Vorteile: der geringe Technikaufwand (spezielles Motherboard unnötig), die geringen Kosten (nur ein Prozessor statt zwei) und bessere Performance. Beide Cores sind sich nicht nur mechanisch näher, sondern auch elektrisch, darum können sie schneller miteinander kommunizieren. Das Bestreben geht auch dahin, Caches gemeinsam und dynamisch zu nutzen, was gerade bei ungleichmäßig belasteten Cores Vorteile bringen kann.
Dass Hersteller zum Tandem greifen, hat mit den Grenzen der Physik zu tun: Die letzten Prozessoren von Intel beispielsweise, die mit der Pentium-4-Netburst-Architektur, sind trotz verringerter Strukturbreiten gestrandet – die einst anvisierte 4-GHz-Schwelle konnten die Designer nicht knacken. Denn mehrere hundert Millionen Transistoren lassen die Verbindungen dazwischen lang werden und die unvermeidlichen kapazitiven und induktiven Effekte wachsen.
Watt denn mehr
Der einzige Weg zu höheren Taktfrequenzen führt noch über höhere Betriebsspannungen – aber die Spannung geht quadratisch in die Verlustleistung ein. Darum verheizen die alten Singlecore-Modelle um die 100 Watt. Die vom Chip auf dessen Gehäuse, dann auf den Kühlkörper und von dort ins Rechnerinnere kriegen und danach in die Umgebung abführen – ein problematisches Unterfangen. Bei Blade-Servern, im High Performance Computing und überall sonst, wo es auf hohe Packungsdichten ankommt, war mit konventionellen Prozessoren die Schmerzgrenze längst überschritten.
Die Dual- oder gar Quadcore-CPUs können sich dagegen aus dem Wettrennen um das letzte Megahertz weitgehend ausklinken. Denn schon mit vielleicht 2,5 statt 3,5 GHz reicht ihnen eine deutlich kleinere Speisespannung und so bleiben sie kühl – ähnlich wie die Tandempiloten auf dem Titelfoto dieses Linux-Magazins.
Damit der Aufwand lohnt, muss die Software mitziehen. Linux ist SMP-fähig und kennt Kernel-Threads, was zum Betrieb mehrerer Kerne eigentlich reicht. Die “Kerntechnik” ab Seite 52 erklärt Tux’ Strategien und wer sie beeinflusst. Wenn auf einer Maschine meist nur eine einzige Anwendung läuft, kann der Kernel sie nur auf einem Core ausführen. Sie muss sich selbst um ihre Verteilung kümmern.
Multithreading
Der einfachste Weg dahin führt über mehrere Threads, der OpenMP-Artikel und der über Threading Building Blocks zeigen zwei Verfahren. Der Benchmarking-Artikel am Schluss des Schwerpunkts belegt die Wirksamkeit mit Messwerten. Doch los geht’s mit Grundlagen: mit Begriffen wie Hyperthreading, Vanderpool, Cool’n’Quiet, XD und NX sowie mit dem Wirrwarr von AMDs und Intels Prozessorbezeichnungen.
