Procesadores de doble núcleo

Cuando apenas hemos saboreado las mieles de la tecnología de 64 bits esgrimida por los procesadores de última generación que equipan buena parte de los ordenadores que se comercializan actualmente, ya tenemos entre nosotros un nuevo y significativo avance en este relevante campo: procesadores con doble núcleo.

Aunque por la información proporcionada por los dos principales fabricantes de procesadores, AMD e Intel, ya se sabía a ciencia cierta desde principios de año el nuevo rumbo que iban adoptar en el desarrollo de sus futuros procesadores, la verdad es que ni los más optimistas, yo me incluyo entre ellos, creíamos que 2005 fuera el año elegido para la confirmación definitiva de la nueva e innovadora estrategia en el marco del diseño y prestaciones de los procesadores para PC. Más aún, cuando a caballo del pasado año y comienzos de éste Intel se sumo a la iniciativa de AMD de avanzar en el desarrollo de la arquitectura x86 a 64 bits.
Al margen de las excusas y estratagemas que justifican este nuevo avance, la realidad más tangible que cualquiera puede sacar en claro se puede condensar en el logro de un rotundo impuso a la hora de conseguir que los principales protagonistas de cualquier ordenador, los procesadores, ofrezcan renovadas capacidades de crecimiento capaces de satisfacer ampliamente los cada vez más elevados requerimientos de todo tipo de usuarios y entornos de trabajo.
Una vez que se había constatado la dificultad de seguir avanzado por el camino de la velocidad de procesamiento (por el momento, la barrera de los 4 gigahercios ha resultado ser infranqueable), los fabricantes de procesadores han tenido que buscar alternativas tecnologías que permitieran seguir incrementando el nivel de prestaciones de sus procesadores pero sin poder subir en exceso la velocidad (frecuencia) de trabajo de los mismos. Sin querer entrar en demasiados detalles técnicos, en los últimos tiempos, tanto AMD como Intel, ya venían dado evidentes muestras del cambio de tercio que se avecinaba. Más concretamente, Intel con su tecnología HT (HyperThreading) y AMD con su arquitectura x86-64 son dos claros ejemplos de los nuevos derroteros en el desarrollo de los procesadores. No obstante, estas técnicas, aunque bastante efectivas cuando se daban los condicionantes apropiados, no posibilitaban realmente obtener rendimientos superiores sin un aumento de la frecuencia de procesamiento. Aspecto que entra en directa confrontación con el mayor consumo energético del procesador y, por consiguiente, con el sistema de refrigeración del mismo.
Una vez que se han constatado las limitaciones tecnologías de estas trayectorias evolutivas, llega el momento de dar un trascendental vuelco al concepto del procesador tradicional. De todos es sabido que la unión hace la fuerza y este concepto en informática se ha traducido en numerosas ocasiones en la duplicidad de elementos para obtener mayores réditos de productividad. Como caso más reciente y evidente, tenemos la tecnología SLI (Scalable Link Interface) de NVIDIA con la que teóricamente es posible duplicar las capacidades gráficas de nuestro equipo. En la práctica, la tecnología SLI consiste en la instalación de dos tarjetas gráficas de última generación sobre sendas ranuras PCI Express y, además, establecer la unión de ambas tarjetas mediante el puerto MIO. De este modo, obtenemos prestaciones gráficas capaces de satisfacer las más exigentes demandas de jugadores y profesionales de las artes gráficas.
En este mismo sentido, en ámbitos profesionales no es de extrañar contar con potentes ordenadores personales, que reciben la genuina denominación de “estación de trabajo”, provistos de una placa base con capacidad para albergar dos procesadores. Asimismo, los servidores, máximos exponentes de las capacidades informáticas, son un tipo de ordenadores especiales que, además de estar provistos de numerosos mecanismos y sistemas que garantizan su fiabilidad funcional, proporcionan un enorme rendimiento gracias a la posibilidad de incorporar dos o más procesadores (siempre en número par).
Llegados a este punto y cuando lo que se persigue es obtener mayores réditos de prestaciones y capacidades del cálculo pero sin las complejidades de hardware que se derivan de utilizar múltiples procesadores, el siguiente paso es desarrollar un nuevo motor de cálculo capaz de realizar de forma autónoma e independiente las funciones de dos o más procesadores. Es decir, procesadores que integran en un único encapsulado dos o más núcleos completos de ejecución que se comporten como si realmente tuviésemos tantos procesadores independientes como núcleos integra.
Básicamente, los procesadores con doble núcleo se caracterizan principalmente, como puede discernirse fácilmente, por integrar en un mismo integrado dos unidades de procesamiento centrales (CPU) o “cores”, de tal modo que todos los recursos de procesamiento se encuentran físicamente duplicados. Por este motivo, el número de transistores, parámetro que dice mucho de la capacidad de cálculo de un procesador, es prácticamente el doble. Asimismo, el consumo energético del procesador aumenta significativamente, aspecto al que también debe prestase especial atención para emplear sistemas de suministro energético y refrigeración acordes con las nuevas exigencias.
En cualquier caso, comienza una nueva etapa en el segmento del PC donde se traslada a un segundo plano el referente de la velocidad de procesamiento (megahercios y gigahercios) y se adopta un nuevo patrón en el que prima la capacidad de procesamiento caracterizada por la presencia de dos o más núcleos de cálculos independientes.

De los gigahercios al procesamiento en paralelo
Adentrándonos en los entresijos que otorgan la extraordinaria capacidad de cálculo a los procesadores, hasta la fecha y auque internamente se han ido implementado diversas técnicas para permitir ciertas dosis de procesamiento multitarea y ejecución en paralelo tales como Time Slice o HyperThreading, las CPU convencionales ofrecen un comportamiento final de proceso en serie. Es decir, procesan las instrucciones de una en una, por lo que un aumento en la velocidad de ejecución implicaba una mejora, más o menos significativa en el rendimiento.
La puesta en escena de los procesadores de doble núcleo, como primer paso en la carrera del procesamiento multiparalelo, supone un cambio radical en esta estrategia. En vez de tratar de realizar una operación lo más rápidamente posible, los esfuerzos de cálculo se dirigen a la ejecución simultánea de dos instrucciones.
A decir verdad, la arquitectura interna de los procesadores ha ido implantando diversos estadios de paralelismo durante bastantes años atrás y cuya cúspide se ha alcanzando con la tecnología HT de Intel. Tan sólo hay que remitirse a los cifras arrojadas por los distintos banco de pruebas, para comprobar que los beneficios obtenidos por estas argucias en el desarrollo interno de los diversos derroteros que pueden tomar los múltiples hilos (trazas) en las que se puede dividir una instrucción, son más que notorios en aquellas aplicaciones específicamente programadas para su ejecución bajo estos procesadores.
Sin embargo, la inteligencia de los procesadores de núcleo sencillo tiene sus inevitables fronteras. Más concretamente, la optimización en la ejecución paralela de las trazas queda limitada por la impos