L'unità centrale di elaborazione (CPU) è il cervello del computer, che assegna ed elabora le attività e gestisce le funzioni operative essenziali.
I computer si sono integrati così perfettamente nella vita moderna che a volte non siamo nemmeno consapevoli di quante CPU siano in uso nel mondo. Si tratta una quantità impressionante: così tante CPU che una cifra definitiva può essere solo approssimata.
Si stima che attualmente siano in esecuzione fino a 200 miliardi di core di CPU (o più). Come esempio di cosa significhi un numero così monumentale da una prospettiva diversa, il produttore di chip Arm (link esterno a ibm.com) ha affermato di aver spedito 7,3 miliardi di chip in un solo trimestre del 2020, ovvero circa 900 CPU per ogni secondo dell'intero trimestre. (Ci sono circa 7,8 milioni di secondi in 3 mesi.)
Ciò porta a un paragone sorprendente. Le proiezioni del Census Bureau (Ufficio del censimento) degli Stati Uniti indicano che la popolazione globale del 2024 sarà di circa 8 miliardi di persone. Se tutti i 200 miliardi di CPU attualmente esistenti fossero distribuiti equamente tra le persone (e nessuna fosse dedicata ad applicazioni aziendali, governative o scientifiche), ci sarebbero esattamente 25 CPU che fungono da cervello del computer per ogni cervello umano sul pianeta.
Ciò solleva una domanda chiave: con così tante CPU in funzione, come vengono utilizzate?
Con le CPU, stiamo parlando di un chip di processore molto piccolo, eppure c'è ben poco che questa cosa così piccola non possa fare. Una breve indagine mostra quali sono i settori che dipendono maggiormente dalle CPU:
Molte delle aziende più redditizie del mondo, come Apple, producono dispositivi per l'industria dell'elettronica di consumo. La crescente domanda di piattaforme di personal computing (come smartphone, laptop e console di gioco) ha determinato una massiccia e continua espansione dell'uso della CPU. Oltre a ciò, i dispositivi domestici dotati della tecnologia Internet of Things (IoT) implicano che le CPU vengano ora incorporate in frigoriferi, termostati, sistemi di sicurezza e altro ancora.
L'obiettivo dell'analisi dei dati è prendere i dati grezzi e perfezionarli in una narrazione comprensibile che risponda agli obiettivi aziendali. La prima parte di questo processo è l'assemblaggio e la pulizia dei dati. Le CPU sono strumentali a queste attività e fungono da unità di elaborazione primaria del computer. Inoltre, le elevate velocità di clock raggiunte dalle CPU le rendono perfettamente adatte a gestire il tipo di scansione e recupero rapido delle informazioni richieste dall'analisi dei dati.
La CPU è la vera spina dorsale dei moderni sistemi di difesa. Qualsiasi Paese che desideri diventare una potenza globale deve avere computer moderni come parte del suo arsenale di sicurezza. Allo stesso modo, i risultati dell'umanità nell'esplorazione dello spazio non sarebbero mai avvenuti senza la CPU per gestire le incredibili sfide computazionali del calcolo della distanza e delle rotte dei voli spaziali. Lo spazio rappresenta una sfida unica per i computer, che devono essere resistenti alle radiazioni per proteggersi dai potenti raggi solari.
Come l'analisi dei dati, anche le società fintech dipendono dalle CPU per consentire l'elaborazione rapida ed efficiente di enormi quantità di informazioni finanziarie. Eseguendo analisi avanzate su tali dati e quindi applicando una serie di scenari diversi a tali dati, i sistemi di gestione del rischio abilitati dalle CPU possono aiutare le istituzioni finanziarie a ridurre le perdite. Le CPU contribuiscono a questo sforzo anche in un altro modo fondamentale: aiutando a segnalare stranezze e a rilevare casi di frode.
Quasi tutti i tipi di settore traggono vantaggio dalle elevate velocità raggiunte dalle CPU, ma nessuna è così importante come l'assistenza sanitaria, dove le vite sono letteralmente in bilico e le tempistiche di intervento sono un elemento fondamentale. Oltre alla capacità di trasferire rapidamente le informazioni vitali dei pazienti tra i fornitori, le CPU possono essere utilizzate per automatizzare l'ordinazione e il monitoraggio delle prescrizioni e di altre forniture. I computer possono anche creare modelli 3D pre-chirurgici di organi e aiutare i patologi a studiare le malattie.
L'uso dei semiconduttori ha cambiato radicalmente la produzione, sincronizzando l'input dei materiali e migliorando il controllo della qualità. La produzione viene rivoluzionata anche dalla produzione assistita da computer (CAM), in cui i sistemi informatici basati su CPU aiutano a eseguire le operazioni di produzione industriale. La CAM utilizza connessioni dirette o indirette esistenti tra la CPU e le operazioni di produzione per pianificare, controllare e gestire l'attività di produzione.
L'industria delle telecomunicazioni offre i propri prodotti tipici, dispositivi tecnologici di comunicazione, ma assiste anche altri settori in modi importanti. Questi casi d'uso includono l'abilitazione delle transazioni digitali (per il settore dei servizi finanziari) e l'assistenza sanitaria supportando gli interventi robotici con funzionalità di precisione e aggiornamenti dei dati. Inoltre, le CPU sono essenziali per il funzionamento di veicoli autonomi, che si affidano ai segnali di telecomunicazione per la guida alla navigazione.
Le CPU moderne contengono solitamente i seguenti componenti:
Per conoscere appieno la terminologia della CPU, è utile comprendere i seguenti concetti:
Cache: aree di archiviazione la cui posizione consente agli utenti di accedere rapidamente ai dati utilizzati di recente. La memoria cache archivia i dati in aree integrate in un chip del processore della CPU per raggiungere velocità di recupero dei dati superiori a quelle della memoria RAM (RAM).
Velocità di clock: il tasso di attività per ciclo di clock del computer. L'orologio interno integrato nei computer regola la velocità e la frequenza delle operazioni del computer. Il clock gestisce il sistema di circuiti della CPU attraverso l'invio di impulsi elettrici. La velocità di trasmissione degli impulsi è chiamata "velocità di clock".
Core: il processore all'interno del processore. I core sono unità di elaborazione che leggono ed eseguono varie istruzioni di programma. I processori sono classificati in base al numero di core incorporati; alcuni esempi sono: i processori single-core, dual-core e quad-core. (Il termine "Intel Core" viene utilizzato commercialmente per commercializzare la linea di prodotti Intel di CPU multi-core).
Thread: le sequenze più brevi di istruzioni programmabili che lo scheduler di un sistema operativo può gestire e inviare a una CPU per l'elaborazione. Attraverso il multithreading, l'uso di più thread in esecuzione contemporaneamente, è possibile eseguire contemporaneamente vari processi informatici, supportando il multitasking. ("Hyper-threading" è il termine proprietario di Intel per la sua forma di multithreading.)
Le due principali aziende che si contendono il controllo di questo mercato ultra-redditizio sono Intel e Advanced Micro Devices (AMD):
Commercializza processori e microprocessori attraverso quattro linee di prodotti: Intel Core (linea premium di fascia alta), Intel Xeon (uso ufficio e aziendale), Intel Pentium (personal computer e laptop) e Intel Celeron (uso di personal computer di fascia bassa e a basso costo).
Ovviamente, chip diversi sono più adatti a determinate applicazioni. L'Intel Core i5-13400F è un buon processore desktop con 10 core. Ma quando si tratta di un'applicazione che richiede un'elaborazione intensiva come l'editing video, molti utenti optano per la CPU Intel Core i7 14700KF a 20 core e 28 thread.
Vende due tipi di processori e microprocessori: CPU e APU (ovvero unità di elaborazione accelerata). Le APU sono CPU dotate di grafica Radeon proprietaria. AMD produce microprocessori Ryzen ad alta velocità e ad alte prestazioni per il mercato dei videogiochi. L'AMD Ryzen 7 5800X3D, ad esempio, è dotato di una tecnologia 3D V-Cache che lo aiuta a spingere la grafica dei giochi a nuovi livelli.
I processori Athlon erano considerati in passato la linea di fascia alta di AMD, ma ora AMD li utilizza come alternativa di base per l'elaborazione.
Arm non produce apparecchiature, ma concede in leasing i suoi preziosi progetti di processori e/o altre tecnologie proprietarie ad altre società che le producono.
Per l'elaborazione generica, come l'esecuzione di un sistema operativo come Windows e l'utilizzo di programmi multimediali, la maggior parte dei processori AMD Ryzen o Intel Core è in grado di gestire i carichi di lavoro coinvolti.
Diversi problemi tangenziali continueranno a influenzare lo sviluppo delle CPU e i casi d'uso per i quali verranno utilizzate nei prossimi anni:
Maggiore utilizzo delle GPU: le unità di elaborazione grafica (GPU) sono un circuito elettronico sviluppato per la prima volta per l'uso in smartphone e console per videogiochi. Il loro utilizzo riguarda l'aumento della velocità di elaborazione, quindi oltre ad accelerare le schede grafiche, le GPU vengono utilizzate in attività ad alta intensità di elaborazione come il mining di criptovalute e l'addestramento di reti neurali.
La spinta alla miniaturizzazione: la storia dell'hardware dei computer è stata una ricerca di processori sempre più piccoli. I primi computer richiedevano grandi spazi e tubi a vuoto. Poi, le CPU sono diventate più piccole e più efficienti con l'introduzione dei transistor. Successivamente, gli informatici crearono una CPU, chiamata microprocessore , che poteva essere contenuta in un piccolo chip a circuito integrato. La spinta a rendere i processori più piccoli continuerà senza sosta finché ci saranno consumatori e aziende che desiderano maggiore potenza di elaborazione e maggiore velocità.
Proliferazione periferica: i dispositivi periferici aiutano a ottimizzare e aumentare la funzionalità dell'elaborazione. Le periferiche possono essere collegate all'esterno di un computer e includono dispositivi come tastiere, mouse, scanner e stampanti. Ci si aspetta che vengano create più periferiche in risposta alla continua domanda dei clienti.
Questioni di sostenibilità: in futuro, le questioni relative al consumo di energia diventeranno sempre più importanti. Le aziende si concentreranno maggiormente su soluzioni efficienti dal punto di vista energetico con l'aumento dei costi energetici. Quando l'uso della CPU aumenta su larga scala, come nei data center iperscalabili, con migliaia di computer collegati che lavorano 24 ore su 24, l'energia utilizzata viene spesso misurata in gigahertz (GHz), che è paragonabile all'intero consumo energetico di paesi o piccole città.
Nella sua previsione dei ricavi dei processori per il 2022-2028, il gruppo di analisti Yole Intelligence ha calcolato che il mercato totale dei processori nel 2022 valeva 154 miliardi di dollari. Tale cifra totale includeva i seguenti segmenti di processore e i rispettivi valori:
Nelle proiezioni per il 2028, si può vedere come gli esperti di Yole si aspettano una crescita di determinati segmenti, vale a dire l'AI e le DPU. Yole prevede una crescita totale annua dell'8%, che porterà ad un valore totale previsto per il 2028 di 242 miliardi di dollari (USD), sulla base di queste cifre:
Oltre alla sostanziale crescita del mercato degli ASIC e delle DPU AI, le previsioni di Yole Intelligence mostrano una crescita quasi identica per CPU e GPU nello stesso periodo, con previsioni di crescita rispettivamente di 32 miliardi di dollari e 33 miliardi di dollari (USD). Queste proiezioni dimostrano anche la costante centralità delle CPU, poiché questa categoria è attualmente in testa a tutte le altre e continuerà a esserlo anche in futuro (sempre secondo Yole Intelligence).
Con oltre 200 miliardi di CPU attualmente in funzione, è ragionevole concludere che le CPU sono destinate a rimanere, e molto probabilmente a diventare una parte permanente della condizione umana. Ma è anche sicuro che la CPU continuerà a essere ulteriormente sviluppata e perfezionata, per continuare a massimizzare la sua utilità per i sistemi ad alte prestazioni e i nuovi programmi informatici ricchi di grafica che questi ultimi eseguono.
Per questo motivo è opportuno investire con saggezza nell'acquisto delle apparecchiature associate necessarie per realizzare gli obiettivi informatici. È importante disporre di un hardware in grado di tenere il passo con le CPU moderne. I server IBM offrono flessibilità e robustezza, per cui è possibile ottenere la potenza di elaborazione necessaria ora e lo spazio per crescere in futuro.
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