Зміст:
• Що таке процесор і як він влаштований; • Основні характеристики процесора; • Що таке сокет; • Система охолодження процесора.Що таке процесор і як він влаштований
Центральний процесор (мікропроцесор, центральний процесорний пристрій, CPU, ромовн. – "проц", "камінь") – складна мікросхема, що є головною складовою будь-якого комп'ютера. Саме цей пристрій здійснює обробку інформації, виконує команди користувача та керує іншими частинами комп'ютера. Вже багато років основними виробниками процесорів є американські компанії Intel та AMD (Advanced Micro Devices). Є, звісно, й інші виробники, але до рівня зазначених лідерів їм далеко. Intel та AMD постійно борються за першість у виготовленні все більш продуктивних та доступних процесорів, вкладаючи у розробки величезні кошти та багато сил. Їх конкуренція - важливий фактор, що сприяє швидкому розвитку цієї галузі. Зовні центральний процесор не є чимось визначним – невелика прямокутна плата з безліччю контактів з одного боку та плоскою металевою коробочкою з іншого. Але всередині цієї коробочки зберігається дуже складна мікроструктура з мільйонів транзисторів.
Як виготовляють процесори. Що таке техпроцес.
Основним матеріалом при виробництві процесорів є звичайний пісок, а точніше сказати кремній, якого в складі земної кори близько 30%. З очищеного кремнію спочатку виготовляють великий монокристал циліндричної форми, який розрізають на "млинці" товщиною близько 1 мм. Потім з використанням технології фотолітографії в них створюються напівпровідникові структури майбутніх процесорів. Фотолітографія чимось нагадує ще не повністю забутий процес друку фотографій з плівки, коли світло, проходячи через негатив, діє на поверхню фотопаперу та проектує на ньому зображення. При виготовленні процесорів своєрідним фотопапером виступають згадані вище кремнієві "млинці". Роль світла грають іони бору, розігнані до великої швидкості високовольтним прискорювачем. Вони пропускаються через спеціальні "трафарети" - системи високоточних лінз і дзеркал, вкраплюються в кремній і створюють у ньому мікроскопічну структуру з багатьох транзисторів. Сучасні технології дозволяють створювати транзистори розміром всього 5-6 нанометрів (товщина людського волосся близько 50000 нм). Невдовзі техпроцес виготовлення процесорів стане ще досконалішим. За прогнозами, транзистори зменшаться щонайменше до 3 нм. Чим тонший техпроцес - тим більше транзисторів можна помістити в один процесор, тим він буде продуктивнішим і енергоефективнішим. Створена згаданим вище чином напівпровідникова структура вирізається з кварцового "млинця" і поміщається на текстоліт. На зворотний бік виводяться контакти для забезпечення приєднання до материнської плати. Зверху кристал захищається від пошкодження металевою кришкою (див. мал. вище).Поняття архітектури, ядра, ревізії процесора
Процесори пройшли складну еволюцію і зараз розвиваються. Виробники вдосконалюють як техпроцес виготовлення, так і внутрішню їх структуру. Кожне нове покоління процесорів відрізняється від попереднього будовою, кількістю та характеристиками елементів, що входять до їх складу. Процесори, у яких використовуються ті самі базові принципи будови, називають процесорами однієї архітектури, а ці принципи - архітектурою (мікроархітектурою) процесора. В межах однієї архітектури процесори можуть суттєво відрізнятися - техпроцесом виготовлення, розміром та структурою внутрішньої пам'яті та деякими іншими особливостями. Про такі процесори говорять, що вони мають різні ядра. В рамках доопрацювання одного ядра виробники можуть робити невеликі зміни з метою усунення дрібних недоліків. Такі удосконалення, які "не заслуговують" на звання самостійних ядер, називають ревізіями. Архітектурам, ядрам та ревізіям розробники дають певні назви. Наприклад, компанія Intel архітектурам та ядрам надає певні імена, а їх ревізіям – цифробукові позначення. Так, всі моделі Intel Core 2 Duo є процесорами мікроархітектури Intel Core і виготовлялися з ядрами Allendale, Conroe, Merom, Kentsfield, Wolfdale, Yorkfield. Кожне з цих ядер мало ще й різні ревізії.Основні характеристики процесора
• Кількість обчислювальних ядер. Багатоядерні процесори - це процесори, що містять на одному процесорному кристалі або в одному корпусі два і більше обчислювальних ядра. Усі сучасні процесори є багатоядерними. Багатоядерність, як спосіб підвищення продуктивності процесорів, використовується давно. Для "домашніх" комп'ютерів та робочих станцій існують процесори з 64 ядрами (Ryzen Threadripper). Для серверів на ринку є 128-ядерні пропозиції. Ефективність обчислювальних ядер різних архітектур помітно відрізняється. Але якщо порівнювати процесори однієї архітектури, чим їх (ядер) більше, тим процесор продуктивніший. • Кількість потоків. Чим більше потоків – тим краще. Кількість потоків не завжди збігається з кількістю ядер процесора. Наприклад, завдяки технологіям Hyper-Threading (у Intel) і Simultaneous MultiThreading (у AMD), 4-ядерний процесор може працювати у 8 потоків і багато в чому випереджати 6-ти ядерних конкурентів. • Розмір кешу 2 та 3 рівнів. Кеш - це дуже швидка внутрішня пам'ять процесора, яка використовується як буфер для тимчасового зберігання інформації, оброблюваної в конкретний момент часу. Детальніше про це можна дізнатися тут. Чим кеш більший – тим краще. Структура не всіх сучасних процесорів передбачає наявність кешу 3-го рівня, хоча критичним моментом це не є. Так, за результатами багатьох тестів продуктивність процесорів Intel Core 2 Quadro, що випускалися з 2007 по 2011 і не мають кешу 3 рівня, навіть зараз виглядає гідно. Щоправда, кеш 2 рівня в них досить великий. • Частота процесора. Тут все просто - чим вища частота процесора, тим він продуктивніший. Але це справедливо, якщо йдеться про процесори однієї архітектури. Цей показник відображає кількість операцій (тактів), які здійснює процесор за одиницю часу. Проте, процесор з досконалішою архітектурою за один такт обробляє більше інформації. Як результат, новий низькочастотний процесор може виявитися значно швидшим від старого високочастотного. • Техпроцес. Поняття техпроцесу розглядалося у попередньому пункті цієї статті. Чим тонший використовуваний техпроцес, тим більше процесор може містити транзисторів, менше споживає електроенергії і менше гріється. Від техпроцесу багато в чому залежить ще одна важлива характеристика процесора – TDP. • TDP. Termal Design Point - показник, який відображає енергоспоживання процесора, а також кількість тепла, яке він виділяє в процесі роботи. Одиниці виміру – Вати (Вт). TDP залежить від багатьох факторів, серед яких головними є кількість ядер, техпроцес виготовлення та частота роботи процесора. Крім інших переваг, "холодні" процесори (з TDP до 100 Вт) краще піддаються "розгону", коли користувач змінює деякі налаштування системи, завдяки чому збільшується частота процесора. Розгон дозволяє без додаткових фінансових вкладень збільшити продуктивність процесора (інколи на цілих 20-25%), але це окрема тема. Проблему з високим TDP завжди можна вирішити придбанням ефективної системи охолодження (див. останній пункт цієї статті). • Наявність та продуктивність відеоядра. Крім обчислювальних ядер, виробники часто включають до складу процесорів ще й ядра графічні. Такі процесори, крім вирішення своїх основних завдань, можуть виконувати роль відеокарти. Можливостей деяких із них цілком достатньо для гри в комп'ютерні ігри, не кажучи вже про перегляд фільмів, роботу з текстом та вирішення інших завдань. Якщо відеоігри - не головне призначення комп'ютера, процесор із вбудованим графічним ядром дозволить заощадити на придбанні окремого графічного адаптера. • Тип та максимальна швидкість підтримуваної оперативної пам'яті. Ці характеристики процесора необхідно враховувати при виборі оперативної пам'яті, з якою він буде використовуватись. Немає сенсу переплачувати за швидкі модулі ОЗУ, якщо процесор не зможе реалізувати їх переваги.Що таке сокет
Важливим моментом, який потрібно враховувати при виборі процесора, є те, для встановлення в сокет якого типу він призначений. Сокет (socket, роз'єм центрального процесора) – це щілинний або гніздовий роз'єм на материнській платі, в який встановлюється процесор. Кожен процесор можна встановити тільки на материнську плату з відповідним роз'ємом, який має відповідні розміри, необхідну кількість та структуру контактних елементів. Кожен новий сокет розробляється виробниками процесорів, коли можливості старих роз'ємів вже не можуть забезпечити нормальну роботу нових виробів. Для процесорів Intel тривалий час використовувався сокет LGA775 (процесори Pentium 4, Pentium D, Celeron D, Pentium EE, Core 2 Duo, Core 2 Extreme, Celeron, Xeon серії 3000, Core 2 Quad). Потім були введені сокети LGA1366, LGA1156, LGA1155 (процесори i7, i5, i3) та ін. Роз'єми для процесорів від AMD за останні десятиліття також змінилися - AM2, AM2+, AM3, AM4 і т.д. Про більш ранні сокети, думаю, сенсу згадувати немає, оскільки комп'ютери на їх основі вже раритет. Важливо. Якщо ви плануєте модернізувати старий комп'ютер шляхом придбання продуктивнішого процесора, переконайтеся, що по сокету він підійде до вашої старої материнської плати. Інакше однозначно доведеться замінювати і її. Але навіть якщо по сокету процесор підходить, не факт, що материнська плата буде з ним працювати. Велике значення має також системна логіка материнської плати ("чіпсет"). Потрібно переконатись, що він підтримує процесори з такою архітектурою. Детальніше про роз'єми центрального процесора та відповідні чіпсети материнських плат можна дізнатися тут.
Система охолодження процесора
Процесор потребує належного охолодження, інакше він може вийти з ладу.
Як вже згадувалося вище, поверхня процесора вкрита металевою коробкою, яка виконує, крім захисних, ще й тепловідвідні функції. Поверх процесора на материнській платі встановлюється система охолодження. Її тепловідвідні елементи повинні щільно притискатись до поверхні процесора.
Для покращення передачі тепла з процесора на радіатор системи охолодження, між ними прокладається шар термопасти – спеціальної пастоподібної речовини з високою теплопровідністю.
При підборі системи охолодження процесора необхідно враховувати його TDP (згадувалося вище у пункті про характеристики процесора).
Процесори зазвичай продаються в комплекті зі штатною системою охолодження. Але іноді її ефективності недостатньо (наприклад, якщо було зроблено розгон і частота процесора, отже і його TDP, зросла). У такому разі можна окремо придбати потужнішу систему охолодження.
Нормальна температура роботи процесора - до 50 градусів Цельсія (при пікових навантаженнях можливо трохи більше). Але від моделі до моделі вона може відрізнятись. Засоби вимірювання температури вбудовані у центральний процесор. За допомогою спеціальних програм можна відстежувати температуру в режимі реального часу (наприклад, програмою SpeedFan).
Сучасний процесор влаштований так, що при досягненні ним критичної температури він вимикається і не вмикається, доки не охолоне. Це дозволяє запобігти його пошкодженню під впливом високої температури.
Перегрів можливий внаслідок низької ефективності системи охолодження, виходу її з ладу, засмічення пилом, пересихання термопасти та ін.
