Processore parallelo e seriale
L'elaborazione parallela e seriale descrivono se un sistema informatico può dividere le attività di calcolo per utilizzare più processori o core contemporaneamente o se fa affidamento sul completamento delle attività con un singolo core del processore. Tutti i singoli processori per computer consumer erano processori seriali prima della metà del 2005, quando Intel ha introdotto il primo processore dual-core consumer. Diversi processori single core possono collaborare per gestire l'elaborazione seriale tramite cluster di computer paralleli in rete o eseguire diversi processori su una scheda madre.
I computer sono macchine multitasking
Un tipico computer moderno esegue da decine a centinaia di attività in un dato momento; tuttavia, ogni core funziona solo su un processo alla volta. Il processore salta costantemente tra i diversi "thread" o "flussi di istruzioni" di elaborazione per eseguire diversi programmi simultanei sotto un'illusione in tempo reale chiamata concorrenza. Il computer finisce per sprecare cicli del processore durante il passaggio da un lavoro all'altro e non funziona con l'efficienza ottimale durante il multitasking.
Esecuzione di attività in parallelo
Un ambiente di elaborazione parallela può elaborare le attività più velocemente quando i programmi sono progettati per utilizzare l'elaborazione parallela. I programmi seriali allineano tutte le istruzioni nella disposizione seriale e si interfacciano con il processore utilizzando un unico thread. I programmi paralleli funzionano suddividendo le attività in singole parti che possono essere divise tra diversi core del processore e riassemblate come attività completate. I processori paralleli possono moltiplicare la potenza di elaborazione di processori seriali con clock simile con codice scritto correttamente. Tuttavia, un processore seriale con una velocità di clock superiore può superare i processori paralleli quando si lavora con un singolo thread.
Elaborazione seriale in azione
I programmi scritti per l'elaborazione seriale utilizzano solo un core alla volta ed elaborano le attività in ordine sequenziale. Un processore seriale funziona in modo molto simile ad avere una dozzina di corsie di cassa aperte in un negozio di alimentari con un cassiere che corre tra le diverse corsie, controllando tutti allo stesso tempo. Il cassiere, o CPU, salta da una corsia all'altra controllando pochi articoli alla volta prima di passare a quello successivo con l'obiettivo di completare tutti gli ordini contemporaneamente.
Elaborazione parallela in azione
L'idea alla base dei processori paralleli è che più core che lavorano insieme porteranno a prestazioni migliori. Un processore parallelo si comporta come se più di un cassiere gestisse una dozzina di corsie di cassa. Se un programma è impostato per sfruttare l'elaborazione parallela, il "cliente" potrebbe suddividere il suo ordine in gruppi più piccoli e utilizzare più corsie di pagamento contemporaneamente.
Processori paralleli espandono le possibilità
Nel 2007, Nvidia ha utilizzato per la prima volta l'elaborazione parallela per far avanzare la tecnologia grafica. Le unità di elaborazione grafica utilizzano l'elaborazione parallela a un livello che spazza via le prestazioni dell'elaborazione seriale quando si eseguono piccoli calcoli. Mentre le CPU tendono ad avere un numero facilmente numerabile di core, le GPU possono avere migliaia di core a bassa potenza che sono più adatti per eseguire calcoli simultanei più semplici. Le GPU sono comunemente usate per la grafica, ma possono eseguire altri calcoli per cose come l'ordinamento e l'algebra delle matrici.