Por qué usar varios núcleos es más eficiente y reduce el consumo del procesador

Escrito por Javier Lopez

Los consumos de energía son realmente preocupantes, donde ya hemos visto locuras como el último Xeon lanzado por Intel y donde en el mercado de escritorio la tendencia se ha mantenido más o menos estable a misma o un poco más de frecuencia. Esto se acrecentará con nuevos modelos a menos que las compañías reduzcan los nm o incluyan nuevos sistemas multinúcleo, pero ¿por qué ocurre esto?

Las múltiples matrices y mayor número de núcleos es el camino a seguir

Transistores-Intel

Todos recordaremos la época de los mono núcleo, allá por principios de siglo, hace ya 19 años al menos, donde tanto Intel como AMD dejaron claras sus intenciones de cambiar el paradigma actual por un escenario totalmente nuevo: un mayor número de núcleos para cada CPU.

En aquel momento imperaba la arquitectura NetBurst bajo los Pentium 4 y donde debido a las siguientes gráficas que trajeron mucha polémica, se les puso el sobre nombre de Preshot (Prescott).

Intel-2001-1

En aquel momento se tildaba de locura los 100 vatios que consumían los procesadores Intel, pero es que la tendencia, de seguir por el camino de los mono núcleos y frecuencia se descontrolaría en 2008, donde el gigante azul estimaba que a ese ritmo las CPUs llegarían a un ridículo consumo de 10000 vatios, algo lógicamente inviable.

Intel-2001-2

La comparativa no quedó ahí, sino que se hizo bastante mofa porque sus procesadores Pentium podrían llegar a calentarse como la superficie del sol, por lo que las gráficas sin duda estaban muy mal enfocadas y ello trajo algunos comentarios cómicos.

Bromas aparte, el problema era real y la solución, al menos a corto plazo, pasaba por los dual core y mayores. La pregunta más obvia es ¿por qué el uso de dos o más núcleos reduce el consumo?

Todo se basa en los circuitos CMOS

Diagrama funcionamiento de transistor

La mayoría de procesadores actuales utilizan tecnología CMOS. CMOS es un tipo de circuito que utiliza transistores de efecto de campo complementarios llamados transistores MOS, donde al mismo tiempo usa un inversor, siendo este el circuito lógico más simple que se puede ofrecer.

Cuando el transistor de tipo P se enciende el electrodo de la puerta conectado a la entrada tiende a 0 V y entonces se apaga. El transistor MOS tipo N se vuelve conductivo cuando el electrodo de la gate se convierte en VDD, volviéndose no conductor cuando este se convierte en 0 V, algo lógico.

Simplificando, si la entrada es 0 V (bajo) o VDD (alto), implica que un lado esté encendido y el otro apagado, y por lo tanto no fluye corriente en esos microsegundos. Yendo a lo más básico, todo depende de la capacidad de carga o CL.

Para cargar y descargar dicha capacidad de carga entre 0 V y VDD se requiere la siguiente energía: CL x VDD ^2, esto como tal se realizaría en cada ciclo de reloj, por lo que la energía se estaría constantemente duplicando. La ventaja es que la carga y la descarga hacia tierra no se realizan normalmente cada ciclo, por lo que se necesita para un cálculo adecuado del consumo de energía (llamado P) y un factor como la tasa de operaciones (llamada α).

Viendo esto, el cálculo es más o menos sencillo si tenemos todos los datos: P = α x L x Vdd ^ 2 x f.

Mayor tamaño de transistor, mayor capacitancia y mayor consumo de energía

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De todos estos parámetros, lógicamente el que más conviene reducir para el ahorro de consumo por núcleo es VDD, ya que es proporcional al cuadrado del mismo. Así se crean los procesadores de bajo consumo para portátiles, por ejemplo, donde su fuente de alimentación es más reducida que en sobremesa.

Esto va unido por supuesto a la frecuencia de operación resultante, ya que a menor tensión de la fuente de alimentación menor frecuencia se consigue. Este hecho no va ligado a la corriente que puede suministrar un transistor, ya que la resistencia del mismo funciona vinculada a la velocidad de carga y descarga (CL).

La idea general es incrementar el número de circuitos CMOS para poder optimizar la entrega de potencia y energía, pudiendo reducir con ello el consumo a mayor número de núcleos. Esto es solo un paso para lograr mayor optimización, pero tal y como vimos hace meses, Intel está trabajando en el futuro de cara a nuevos transistores no basados en CMOS y con ello esperan bajar todavía más el consumo de energía.

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  • alxSoft

    Si saben todo eso, porque no lo aplican antes de llegar problemas como los ya mencionados, por ejemplo el de los últimos Xeon!?

    • metalking

      oh tio para en la próxima vendértelo como novedad así de sencillo joder macho