Возможности на один ватт мощности

Более эффективное использование мощности чипа — это одна из нескольких выгод,которую многоядерные процессоры принесли в сферу промышленности. Вместо наращивания частоты процессора с целью увеличения возможностей при уменьшении отдачи потребляемой мощности, многоядерные процессоры создали новое направление развития, которое Кэйси Уэльтсин, руководитель отдела продаж программного обеспечения National Instruments (NI) называет «увеличение возможностей на один ватт мощности». Потребляемая мощность стала серьезной проблемой при проектировании традиционных (одноядерных) чипов. – Много процессоров на одном чипе дают возможность параллельно производить вычисления при потреблении мощности, растущем при изменении числа ядер линейно, а не по экспоненте – констатировал Уэльтсин.

– Дополнительные расчетные ядра дают более интегрированные системы автоматики, которые могут иметь бóльшую функциональность. Такая возросшая мощность расчетов позволяет пользователям многоядерных процессоров применять более сложные алгоритмы управления для реализации большего числа задач и дает возможность более эффективно использовать потребляемую мощность при выполнении расчетов – объяснил Уэльтсин. Современные алгоритмы программного обеспечения позволяют проводить процесс быстрее, позволяя сэкономить на энергии или на других эксплуатационных расходах.

Многоядерный процессор имеет больше возможностей, чем одна операционная система (ОС) с одним контроллером. Способность осуществлять функции в реальном времени, управлять в режиме детерминированности, а также выполнять универсальные задачи операционной системы (интерфейс «человек - машина» – HMI, доступ в сеть и т.п.) представляют собой реальные достоинства во многих системах промышленной автоматики. Кроме того, пользователи могут планировать,как использовать ядра, то есть определять, какое ядро (ядра) какую ОС или определенный контур управления будет обслуживать. – Разработчики, чтобы удовлетворить эту потребность, традиционно полагались на отдельные элементы оборудования. Теперь многоядерные процессоры в сочетании с технологией виртуализации приводят к снижению затрат на аппаратуру и дают экономию места– заметил Уэльтсин. Многоядерные процессоры имеют большой потенциал промышленного применения.

Заглядывая в будущее, фирма Beckhoff Automation видит возможность применения многоядерных процессоров в своих продуктах с промышленными компьютерами PC (IPC), замечает выгоды многофункциональности, которую дают дополнительные ядра. По мнению Кори Мак-Эйти, директора технического маркетинга компании Beckhoff; эта фирма ввела понятие «научная автоматизация» для определения способа, каким инженеры могут использовать дополнительные ядра в многофункциональных IPC для выполнения многих параллельных задач.

Как свидетельствует опыт компании Beckhoff, многоядерные IPC могут уменьшить общее потребление мощности и вследствие этого уменьшить «термический след»машины. Дополнительной выгодой является уменьшение пространства,необходимого для компьютерного оборудования. – При меньшем «термическом следе» производители машин могут уменьшить размер шкафа с аппаратурой управления или отказаться от охлаждающих устройств в этом шкафу – отметил Мак-Эйти.

– Многоядерные IPC с точки зрения управления дают наибольшие выгоды производителям машин, стремящимся усовершенствовать машины и исключить избыточные компоненты управления – перечисляет Мак-Эйти. Многоядерные процессоры, с точки зрения интерфейса оператора, представляют собой иной случай – как это было представлено в развитии темы, выложенной в Сети.

Возможность приписывания отдельных ядер процессора к отдельным задачам автоматизации отразилась в новой программной платформе TwinCAT 3 компанииBeckhoff, введение которой планируется на 2011 год (см. рисунок). ­– Увязывание многоядерных IPC с пакетом программного обеспечения позволяет пользователю разумно использовать отдельные ядра, имеющиеся в многоядерном процессоре и получать много преимуществ – добавил Мак-Эйти. – Компьютер IPC стал мощным инструментом, выполняющим работу четырех обычных устройств, использующим одну программную платформу и одну сеть (EtherCAT) при значительно меньшем количестве кабелей и меньших потребностях в программном обеспечении.

Фирма Freescale Semiconductor видит в применении многоядерных процессоров способ увеличить возможности, при одновременном уменьшении числа чипов,размера платы и потребляемой мощности в таких промышленных применениях, как программируемые логические контроллеры, приводы двигателей и робототехника. –Многоядерные процессоры могут усложнить проектирование программного обеспечения и решение температурных проблем, а также увеличить затраты –предостерегла Александра Допплинджер, представитель глобального сегмента по вопросам автоматизации предприятий и приводов компании Freescale. Она пояснила, что меньшее потребление мощности не обязательно упрощает решение температурных проблем при проектировании по причине производства многоядерных процессоров по другой технологии, в которой имеют место меньшие размеры. –Физические процессы отвода такого же количества тепла с меньшей поверхности платы процессора зачастую могут быть связаны с использованием более дорогого материала или более сложной геометрии теплоотводящего элемента, – добавила Допплинджер.

Важно иметь в виду, что обычно многоядерные процессоры работают на более низких частотах, и два или четыре ядра обычно не дают двукратно или четырехкратно увеличенных возможностей. – Однако многоядерные архитектуры могут гораздо больше влиять на увеличение возможностей при меньших затратах и меньшей потребляемой мощности, чем традиционные одноядерные архитектуры –констатирует Допплинджер. В качестве примера она привела коммуникативный процессор компании Freescale, представленный на рынке под фирменным названиемQorIQ P4080, который использует восемь ядер с частотой 1,5 ГГц на одном чипе и позволяет выполнять более 20 000 миллионов команд в секунду (MIPS – milion instructions per second) – в то время как потребление мощности составляет менее30 Вт. Одноядерный процессор предыдущего поколения позволял выполнять только3000 MIPS при таком же уровне потребляемой мощности.

Операционные системы тоже представляют собой важный аспект применения многоядерного процессора. Допплинджер заметила, что в некоторых случаях одно ядро, предназначенное для выполнения решений, связанных с управлением сложным процессом в реальном времени является адекватным решением. – Однако такие операционные системы, как Enea OSE Multicore Real-Time Operating Systemспроектированы для оптимального распределения программных команд между многоядерными процессорами, такими, как QorIQ компании Freescale, таким образом, как если бы алгоритм выполнялся на одном ядре – заметила Допплинджер.Аналогично такие функции, которые реализуются контроллером безопасности,часто осуществляются отдельными специальными процессорами (подробнее на эту тему говорится в сети).

Дата добавления: 2015-11-16