Siete casos de uso principales de la unidad central de procesamiento (CPU)

La unidad central de procesamiento (CPU) es el cerebro del ordenador, asigna y procesa tareas y gestiona funciones operativas esenciales.

Los ordenadores se han integrado de tal manera en la vida moderna que a veces ni siquiera somos conscientes de cuántas CPU se utilizan en el mundo. Es una cantidad asombrosa, tantas CPU que una cifra concluyente sólo puede ser aproximada.

Se ha estimado que puede haber hasta 200 mil millones de núcleos de CPU (o más) en ejecución. Como ejemplo de lo que significa un número tan monumental desde una perspectiva diferente, el fabricante de chips Arm (enlace externo a ibm.com) afirmó haber enviado 7300 millones de chips en un solo trimestre de 2020, o aproximadamente 900 CPU por cada segundo de todo ese tiempo. trimestre. (Hay aproximadamente 7,8 millones de segundos en 3 meses).

Eso lleva a una comparación impresionante. Las proyecciones de la Oficina del Censo de EE. UU. enumeran la población mundial de 2024 en alrededor de ocho mil millones de personas. Si esas 200 000 millones de CPU que existen en la actualidad se distribuyeran equitativamente entre las personas, y ninguna se dedicara a aplicaciones empresariales, gubernamentales o científicas, habría exactamente 25 CPU que servirían de cerebro del ordenador por cada cerebro humano del planeta.

Esto plantea una pregunta clave: con tantas CPU en funcionamiento, ¿cómo se utilizan todas?

En el caso de las CPU, estamos hablando de un chip procesador muy pequeño y, sin embargo, hay muy pocas cosas que esta cosa tan pequeña no pueda hacer. Una breve encuesta muestra qué sectores dependen más de las CPU:

Electrónica de consumo

Muchas de las empresas más rentables del mundo, como Apple, fabrican dispositivos para la industria de la electrónica de consumo. La creciente demanda de plataformas de computación personal (como teléfonos inteligentes, ordenadores portátiles y consolas de juegos) ha impulsado una expansión masiva y continua del uso de la CPU. Más allá de eso, los dispositivos domésticos que cuentan con tecnología de Internet de las Cosas (IoT) suponen que las CPU se están incorporando ahora a frigoríficos, termostatos, sistemas de seguridad y mucho más.

Análisis de datos

El objetivo del análisis de datos es tomar los datos sin procesar y refinarlos hasta obtener una narrativa comprensible que aborde los objetivos empresariales. La primera parte de ese proceso es recopilar y limpiar los datos. Las CPU son fundamentales para estas actividades, ya que son las principales unidades de procesamiento de los ordenadores. Además, las altas velocidades de reloj que alcanzan las CPU las hacen perfectamente adecuadas para gestionar el tipo de escaneado y recuperación rápidos de la información que requiere el análisis de datos.

Defensa y espacio

La CPU es la verdadera columna vertebral de los sistemas de defensa modernos. Cualquier país que desee ser una potencia mundial debe contar con ordenadores modernos como parte de su arsenal de seguridad. Del mismo modo, los logros de la humanidad en la exploración espacial nunca habrían sido posibles sin una CPU capaz de hacer frente a los impresionantes retos computacionales que supone calcular la distancia y las rutas de los vuelos espaciales. El espacio plantea un desafío único para los ordenadores, que deben estar endurecidos contra la radiación para soportar los potentes rayos solares.

Servicios financieros

Al igual que el análisis de datos, las empresas de tecnología financiera dependen de las CPU para poder procesar de forma rápida y eficaz enormes cantidades de información financiera. Al realizar análisis avanzados de esos datos y, a continuación, aplicar una serie de escenarios diferentes a esos datos, los sistemas de gestión de riesgos que permiten las CPU pueden ayudar a las instituciones financieras a reducir las pérdidas. Las CPU también ayudan a ese esfuerzo de otra manera clave: contribuyen a detectar rarezas y casos de fraude.

Atención médica

Casi todos los tipos de sectores se benefician de las rápidas velocidades que alcanzan las CPU, pero ninguno tan importante como el sanitario, donde las vidas penden literalmente de un hilo y el tiempo es una preocupación crucial. Más allá de la capacidad de intercambiar rápidamente información vital sobre el paciente entre proveedores, las CPU pueden utilizarse para ayudar a automatizar el pedido y seguimiento de recetas y otros suministros. Los ordenadores también pueden crear modelos 3D prequirúrgicos de órganos y ayudar a los patólogos a estudiar enfermedades.

Fabricación

El uso de semiconductores ha cambiado radicalmente la fabricación, sincronizando la entrada de materiales y mejorando el control de calidad. La fabricación también se está viendo revolucionada por la fabricación asistida por ordenador (CAM), en la que los sistemas informáticos basados en CPU ayudan a dirigir las operaciones de producción industrial. CAM utiliza conexiones directas o indirectas que existen entre la CPU y las operaciones de producción para programar, controlar y gestionar la actividad de fabricación.

Telecomunicaciones

La industria de las telecomunicaciones ofrece sus propios productos básicos (dispositivos de tecnología de comunicaciones), pero también ayuda a otras industrias de maneras importantes. Estos casos de uso incluyen la realización de transacciones digitales (para el sector de los servicios financieros) y la asistencia sanitaria mediante el apoyo a las cirugías robóticas con capacidades de precisión y actualización de datos. Además, las CPU son esenciales para el funcionamiento de los vehículos autónomos, que dependen de las señales de telecomunicaciones para la guía de navegación.

Las CPU modernas suelen contener los siguientes componentes:

• Unidad aritmética/lógica (ALU): ejecuta operaciones aritméticas y lógicas, incluidas ecuaciones matemáticas y comparaciones basadas en lógica.
• Bus: gestiona la transferencia y el flujo de datos adecuados entre los componentes de un sistema informático.
• Unidad de control: utiliza circuitos intensivos que controlan el sistema informático emitiendo un sistema de pulsos eléctricos e instruye al sistema para que ejecute instrucciones informáticas de alto nivel.
• Registros de instrucciones y puntero: muestra la ubicación del siguiente conjunto de instrucciones que ejecutará la CPU.
• Unidad de memoria: gestiona el uso de la memoria y el flujo de datos entre la RAM y la CPU. La unidad de memoria principal supervisa el manejo de la memoria caché.
• Registros: proporciona memoria permanente integrada para necesidades de datos constantes y repetidas que deben administrarse regularmente, sin excepción.

Para estar completamente familiarizado con la terminología de la CPU, es útil comprender los siguientes conceptos:

Caché: áreas de almacenamiento cuya ubicación permite a los usuarios acceder rápidamente a los datos de uso reciente. La memoria caché almacena datos en áreas que están integradas en el chip del procesador de una CPU para alcanzar velocidades de recuperación de datos incluso más rápidas que la memoria de acceso aleatorio (RAM).

Velocidad de reloj: la tasa de actividad por ciclo de reloj del ordenador. El reloj interno incorporado en los ordenadores regula la velocidad y la frecuencia de las operaciones informáticas. El reloj gestiona los circuitos de la CPU mediante la transmisión de impulsos eléctricos. La frecuencia de entrega de los impulsos se denomina "velocidad de reloj".

Núcleo: el procesador dentro del procesador. Los núcleos son unidades de procesamiento que leen y ejecutan varias instrucciones de programa. Los procesadores se clasifican según el número de núcleos que lleven incorporados; los procesadores mononúcleo, de doble núcleo y de cuatro núcleos son algunos de los ejemplos. (El término "Intel Core" se utiliza comercialmente para comercializar la línea de productos Intel de CPU multinúcleo).

Subprocesos: las secuencias más cortas de instrucciones programables que el programador de un sistema operativo puede administrar y enviar a una CPU para su procesamiento. Mediante el subproceso múltiple, el uso de varios subprocesos que se ejecutan simultáneamente, se pueden ejecutar varios procesos informáticos a la vez, lo que permite la multitarea. ("Hipersubprocesamiento" es el término patentado de Intel para su forma de subproceso múltiple).

Las dos principales empresas que luchan por el control de este mercado ultralucrativo son Intel y Advanced Micro Devices (AMD):

Intel

Comercializa procesadores y microprocesadores a través de cuatro líneas de productos: Intel Core (línea premium de gama alta), Intel Xeon (uso ofimático y empresarial), Intel Pentium (ordenadores personales y portátiles) e Intel Celeron (uso informático personal de gama baja y bajo coste).

Obviamente, diferentes chips se adaptan mejor a ciertas aplicaciones. El Intel Core i5-13400F es un buen procesador de escritorio que cuenta con diez núcleos. Pero cuando se trata de una aplicación de procesamiento intensivo como la edición de vídeo, muchos usuarios optan por la CPU Intel Core i7 14700KF de 20 núcleos y 28 subprocesos.

Advanced Micro Devices (AMD)

Vende dos tipos de procesadores y microprocesadores: CPU y APU (que significa unidades de procesamiento aceleradas). Las APU son CPU equipadas con gráficos propios de Radeon. AMD fabrica procesadores Ryzen de alta velocidad y alto rendimiento para el mercado de los videojuegos. El AMD Ryzen 7 5800X3D, por ejemplo, cuenta con una tecnología 3D V-Cache que le ayuda a llevar los gráficos de los juegos a nuevas alturas.

Los procesadores Athlon solían considerarse la línea de gama alta de AMD, pero AMD ahora los utiliza como una alternativa informática básica.

Arm

Arm no fabrica equipos, sino que alquila sus valiosos diseños de procesador y/u otras tecnologías patentadas a otras empresas que sí fabrican equipos.

Para la informática de propósito general, como ejecutar un sistema operativo como Windows y utilizar programas multimedia, la mayoría de los procesadores AMD Ryzen o Intel Core pueden manejar las cargas de trabajo implicadas.

Varias cuestiones tangenciales seguirán influyendo en el desarrollo de las CPU y en los casos de uso para los que se utilicen en los próximos años:

Mayor uso de GPU: las unidades de procesamiento gráfico (GPU) son un circuito electrónico desarrollado por primera vez para su uso en teléfonos inteligentes y consolas de videojuegos. Su uso consiste en impulsar las velocidades de procesamiento, por lo que, además de acelerar las tarjetas gráficas, las GPU se utilizan en actividades de procesamiento intensivo, como la minería de criptomonedas y el entrenamiento de redes neuronales.

El deseo de miniaturizar: la historia del hardware de los ordenadores ha sido el intento de hacer que los procesadores de los ordenadores sean más pequeños. Los primeros ordenadores requerían un gran espacio y tubos de vacío. Luego, las CPU se hicieron más pequeñas y eficientes con la introducción de los transistores. Más tarde, los científicos informáticos crearon una CPU llamada microprocesador que podía mantenerse dentro de un pequeño chip de circuito integrado. La tendencia a fabricar procesadores más pequeños continuará sin cesar mientras haya consumidores y empresas que quieran más potencia de procesamiento y mayor velocidad.

Proliferación periférica: los dispositivos periféricos ayudan a optimizar y aumentar la funcionalidad de la informática. Los periféricos se pueden conectar al exterior de un ordenador e incluyen dispositivos como teclados, ratones, escáneres e impresoras. Espere ver más periféricos creados en respuesta a la demanda continua de los clientes.

Cuestiones de sostenibilidad: en el futuro, las cuestiones del consumo de energía serán cada vez más importantes. Las empresas se centrarán más en soluciones energéticamente eficientes a medida que aumenten los costes de la energía. Cuando el uso de la CPU aumenta a gran escala, como en los centros de datos a hiperescala, con miles de ordenadores conectados trabajando las 24 horas del día, la energía utilizada suele medirse en gigahercios (GHz), que es comparable al consumo total de energía de pueblos o ciudades pequeñas .

En su previsión de ingresos por procesadores para 2022-2028, el grupo analista Yole Intelligence calculó que el mercado total de procesadores en 2022 tenía un valor de 154 000 millones de dólares. Esa cifra total incluía los siguientes segmentos de procesadores y sus respectivos valores:

• Unidades centrales de procesamiento (CPU): 65 mil millones de dólares
• Unidades de procesamiento de aplicaciones (APU): 61 mil millones de dólares
• Unidades de procesamiento gráfico (GPU): 22 mil millones de dólares
• SoC FPGA: 2600 millones de dólares (SoC FPGA son las siglas de "system-on-chip field programmable gate array", dispositivos basados en semiconductores que incorporan lógica programable a los núcleos de los procesadores).
• ASIC de IA: 1500 millones de dólares (AI ASIC significa "circuitos integrados de aplicación específica", específicamente los relacionados con la inteligencia artificial).
• Unidades de proceso de datos (DPU): 600 millones de dólares

En sus proyecciones para 2028, se puede ver cómo los expertos de Yole esperan que crezcan determinados segmentos, concretamente la IA y las DPU. Yole anticipa un crecimiento anual total del 8 %, lo que lleva a un valor total esperado para 2028 de 242 mil millones de dólares, según estas cifras:

1. CPU: 97 mil millones de dólares
2. APU: 65 mil millones de dólares
3. GPU: 55 mil millones de dólares
4. ASIC de IA: 11 mil millones de dólares
5. DPU: 8100 millones de dólares
6. FPGA SoC: 5200 millones de dólares

Además del importante crecimiento del mercado de ASICs y DPUs de IA, las previsiones de Yole Intelligence muestran un crecimiento casi idéntico para CPU y GPU durante el mismo periodo, con predicciones de crecimiento de 32 000 y 33 000 millones de dólares respectivamente. Estas proyecciones también demuestran la centralidad continua de las CPU, ya que esta categoría lidera a todas las demás ahora y seguirá haciéndolo en el futuro, según Yole Intelligence.

Con más de 200 000 millones de CPU en funcionamiento en la actualidad, es razonable concluir que las CPU están aquí para quedarse: muy probablemente formarán parte permanente de la condición humana en el futuro. Pero también es seguro que la CPU seguirá desarrollándose y perfeccionándose para seguir maximizando su utilidad en sistemas de alto rendimiento y en los nuevos programas informáticos ricos en gráficos que ejecutan.

Por eso es inteligente invertir sabiamente al comprar el equipo asociado necesario para ejecutar los objetivos informáticos. Es importante tener un hardware que pueda seguir el ritmo de las CPU modernas. Los servidores IBM ofrecen flexibilidad además de resistencia, de modo que puede obtener la potencia de procesamiento que necesita ahora, junto con espacio para crecer en el futuro.