04. Procesadores Comerciales

Cuando hablamos de procesadores comerciales nos vamos a centrar en los procesadores con las siguientes ISAs:

x86: ISA de PC (o arquitectura) de 32 bits

x86-64: ISA de PC (o arquitectura) de 64 bits

ARMv8: ISA de móviles de 64 bits

Intel

Veamos ahora los distintos procesadores de Intel en base a su numeración

i3 i5 i7 i9

En los procesadores Intel se habla de i3 i5 i7 e i9. Realmente son solo marcas comerciales para indicar:

i3 : Gama baja de procesadores

i5 : Gama media de procesadores

i7 : Gama alta de procesadores

i9 : Gama muy alta de procesadores

Son los mismo tipos de procesadores pero con mayor o menos número de núcleos cache o si soportan hiperthreading.Aunque hay que tener en cuenta que solo se pueden comparar entre procesadores de la misma microarquitectura o generaciones (como lo llama Intel). Mas información en Qué diferencia hay entre los procesadores i3, i5, i7 e i9 de Intel. Eso quiere decir que un i3 de 10º generación lo normal es que sea mejor que un i7 de 1º generación, ya que la microarquitectura de la 10º generación será muchísima mejor la que de la 1º generación y quizás hasta tengan el mismo número de núcleos.

Numeración

La numeración e los procesadores es la siguiente.

Marca: Será Intel Core.

Modificador de la marca: Si es i3, i5 , etc.

Primer ńumero: Es la microarquitectura o generación. Puede ser desde un 1 y actualmente hasta un 10.

Stock-keeping unit (SKU): Es como el modelo exacto. Es lo que indica la velocidad, núcleos, etc.

Sufijo: Indica alguna característica especial.

"K": se puede hacer overclocking

"G7": Incluye una tarjeta gráfica de gama media en el propio chip.

"G4": Incluye una tarjeta gráfica de gama baja en el propio chip.

"G1": Incluye una tarjeta gráfica de gama muy en el propio chip.

Marca: Intel Core.

Modificador de la marca: i7

Primer ńumero: 10º Generación

Stock-keeping unit (SKU): 65. Tiene 4 núcleos , 8 hilos y 8 MB de cache.

Sufijo: G7. La gráfica está integrada en chip.

Toda la información del procesador en Procesador Intel® Core™ i7-1065G7

Marca: Intel Core.

Modificador de la marca: i9

Primer ńumero: 9º Generación

Stock-keeping unit (SKU): 900

Sufijo: K. Se puede hacer overclocking

Una guía mas extensa sobre lo modelos la podemos ver en:

Procesadores Intel: Guía para no perderse en un catálogo apabullante

Revisamos el catálogo de procesadores Intel para no perderse tras los últimos lanzamientos

AMD

Vamos a ver ahora los procesadores de AMD. Dentro de AMD nos vamos a centrar en los procesadores Ryzen, ya que son los últimos del mercado.

La numeración de los procesadores Ryzen se puede ver en los siguientes artículos:

GUÍASAMD Ryzen 1000, Ryzen 2000 y Ryzen 3000: diferencias y claves para elegir el que mejor se adapta a nosotros

AMD Ryzen 4000 da el salto al escritorio

Procesadores AMD: Guía para poder diferenciarlos correctamente

De forma resumida la numeración es la siguiente

Marca: Son AMD Ryzen

Primer número: Indica el número de núcleos.

3: Nº bajo de núcleos

5: Nº medio de núcleos

7: Nº alto de núcleos

9: Nº muy alto de núcleos

Threadripper: Nº muy muy alto de núcleos

Segundo número: Se refiere a la microarquitectura o generación.

1 : Zen

2 : Zen+

3 : Zen 2 (Escritorio)

4 : Zen 2 (Portátiles)

5 : Zen 3

Resto de números: Indican la velocidad del procesador.

Letra X: Indican mayores frecuencias del procesador.

Ejemplo:

AMD Ryzen 5 2500 : Es un procesador Ryzen de AMD de rendimiento media (al ser un 5) , con microarquitectura Zen+ (al ser un 2) y el modelo 500.

Zen

Zen es como se llama a la microarquitectura que usa AMD en sus procesadores Ryzen. Hay varias generaciones de su arquitectura Zen:

Zen

Zen+

Zen 2

Zen 3

En Zen, los nucleos y la cache L3 se organiza de una forma jerarquica.

CCX : Está compuesto por varios núcleos que comparten una misma cache L3. Significa "CPU Complex" or "Core Complex".

CCD : Está compuesto por 2 CCX.Significa "Core Chiplet Die"

I/O Die o cIOD: Es el encargado de comunicar el procesador con el exterior hacia la memoria y el bus PCI.

Infinity Fabric : Es el bus que internamente interconecta los CCX entre ellos, los CCD entre ellos y con el I/O Die. En el esquema se dibuja con el símbolo ∞. Realmente forma parte del cIOD. Mas información Te suena Infinity Fabric de AMD pero, ¿sabes qué es exactamente?

Procesador: Está compuesto por varios CCDs y el I/O Die.

En Zen 2

CCX Está compuesto por hasta 4 núcleos y una cache L3 con 16 MB.

CCD Es la unión de 2 CCX. Por lo tanto está compuesto por 8 núcleos y 2 caches L3.

En Zen 3

CCX Está compuesto por hasta 8 núcleos y una cache L3 de 32 MB.

CCD Es la unión de 2 CCX. Por lo tanto está compuesto por 16 núcleos y 2 caches L3.

Latencias : La comunicación entre los distintos núcleos es mas lenta a medida que están mas "lejos".

La comunicación entre cores dentro de un mismo CCX es la mas rápida. Está sobre 50 ns

La comunicación con cores de otro CCX pero dentro del mismo CCD es mas lenta. Está sobre 150 ns

La comunicación con cores de otro CCD es lo mas lento. Está sobre 200 ns

Un último apunte sobre las latencias , el bus Infinity Fabric funciona a la misma velocidad que la RAM por lo que con para mejorar la velocidad del procesador se recomienda usar memorias muy rápidas.

Mas información:

Así consigue la arquitectura AMD Zen 3 su gran potencia y velocidad

AMD Ryzen 5000: ¿Cómo consigue la arquitectura Zen 3 un 20% más de rendimiento?

AMD Ryzen 5 1600X CPU Review

ARM

Es necesario dedicar un apartado únicamente para los procesadores ARM. Como ya hemos comentado, se usan principalmente en los móviles, tanto Android como iPhone.

ARM por un lado ha creado sus propias ISA (ARMv7 , ARMv8). Pero además de las ISA también ha creado sus microarquitecturas. Actualmente son los llamados núcleos Cortex-A entre los que se encuentran:

Cortex-A55

Cortex-A53

Cortex-A75

Cortex-A76

Cortex-A77

Cortex-A78

Lo que no hace ARM es fabricar. Por ejemplo , Samsung compra la licencia del Cortex-A55 y fabrica un procesador (chip) con 4 núcleos que lleven esa microarquitectura en cada uno de sus núcleos. Por otro lado, también una empresa se puede diseñar sus propias microarquitecturas desde cero en vez de usar Cortex-A, por ejemplo Apple antiguamente usaba Cortex-A pero actualmente ya diseña su propia microarquitectura llamada Apple SoC.

Existen otra gama de procesador ARM llamada "Neoverse" , que se basa en las microarquitecturas que acabamos de ver pero enfocadas a servidores. Y en 2021, Fugaku con ARM fue el superordenador más potente del mundo.Supercomputer Fugaku - Supercomputer Fugaku, A64FX 48C 2.2GHz, Tofu interconnect DMas información: Así es Neoverse, las nuevas CPUs de ARM para servidores Top 500: después de un año Fugaku sigue siendo el lider de la lista ¿Qué es la ISA ARMv9 y que aporta al rendimiento de futuras CPU?

Veamos ahora unos ejemplo de procesadores ARM.

Procesador Exynos 990 de Samsung, consta de 8 núcleos, que son los siguientes:

Rendimiento	Frecuencia	Modelo Núcleo	Nº Núcleos
Alto	2.73 GHz	Exynos M5 (Diseño propio de Samsung)	2
Medio	2.5 GHz	Cortex-A76	2
Bajo	2.0 GHz	Cortex-A55	4

Procesador Snapdragon 865 de Qualcomm, consta de 8 núcleos, que son los siguientes:

Rendimiento	Frecuencia	Modelo Núcleo	Nº Núcleos
Alto	2.84 GHz	Cortex-A77	1
Medio	2.42 GHz	Cortex-A77	3
Bajo	1.8 GHz	Cortex-A55	4

Mas información:

Microsoft está diseñando sus propios procesadores ARM para sus servidores y sus Surface según Bloomberg

Procesadores híbridos

Veamos ahora una tecnología que consiste en poner núcleos de distinto rendimiento en el mismo procesador.

ARM big.LITTLE

Una cosa muy interesante en los chips con ARM es que cada núcleo puede ser distinto al otro (Es lo que ARM llama tecnología big.LITTLE). Se hace que sean núcleos de distinta potencia ya que así se puede ahorrar batería. Cuando no estamos usando el móvil se usarán los núcleos de menor potencia y cuando estamos jugando al movil se usan los núcleos mas potentes.

El consumo nos puede parecer importante a nivel de móviles, pero en los grandes centros de procesamiento de datos y super ordenadores, se consume mucha electricidad en los procesadores como además en refrigerarlos por lo que no es extraño que actualmente el supeordenador mas rápido del mundo es ARM:El nuevo supercomputador más potente del mundo tiene 7,3 millones de núcleos y son ARM. Además al ser ARM unas ISAs de tipo RISC, hace que el procesador sea mas sencillo con lo que se consigue que consuma menos en comparación con las ISA de tipo CISC.

Por otro lado, en los portátiles , también es importante la duración de la batería, por ello Apple ha decidido dar el salto de procesadores Intel a procesadores ARM es sus portátiles.

El Mac con ARM es una realidad: Apple reemplazará los procesadores de Intel por los chips que monta en el iPhone y el iPad

Qué tiene ARM que no tenga x86. O qué es lo que sí tiene.

How ARM has already saved Apple - twice

ARM Mac

La insorportable inevitabilidad del MacBook ARM

Intel Lakefield

Een los PC nunca se ha utilizado la tecnología de tener nucleos de distinta potencia (big.LITTLE) tal y como se explica en ¿Qué es la arquitectura big.LITTLE y por qué no se usa en CPUs de PC? sin embargo Intel finalmente tiene los procesadores Lakefield con núcleos de distinta potencia.

i5-L16G7

i3-L13G4

Estos procesadores tienen integrada la gráfica y la memoria RAM. Han sido fabricados con un sistema en 3D en capas tal y como se puede ver en el siguiente vídeo hecho con Lego: 'Lakefield' Processors: Intel Core Processors with Intel Hybrid Technology y en el siguiente artículo Intel and LEGO team up to help visualize what makes Lakefield so special. En el siguiente vídeo también se habla del portatil Samsung Book S que lleva esos procesadores: Así es como INTEL piensa GANAR la GUERRA

En la siguiente imagen, se puede ver que constan de un núcleo de alto rendimiento y 4 núcleos de bajo rendimiento.

Por otro lado AMD no piensa por ahora diseñar porcesadores hibridos. Tal y como se explica en el siguiente artículo ¿Son las CPU híbridas el futuro de PC? AMD no seguirá el ritmo de Intel

Para acabar , en Julio de 2021, Intel ha anunciado que cesa la producción de Lakefield. Mas información en Intel retira Lakefield, Comet Lake U y Ice Lake U

Ejercicios

Ejercicio 1

Descarga el programa CPU-Z y sobre tu procesador indica:

ISA

Microarquitectura

Velocidad (Frecuencia)

Nº de Núcleos

Nº de Hilos que se ejecutan por núcleo

Nº de Hilos que se ejecutan en total

Si soporta "Simultaneous Multithreading"

Modelo del Socket

Tamaño de la caché

L3

L2

L1

Datos

Instrucciones

Ejercicio 2

Lee el siguiente artículo Linux 5.4 cesa soporte para la arquitectura IA-64 y usando los conceptos que hemos visto en este tema, explica de que está hablando.

Ejercicio 3

Haz una gráfica, en la que para varios procesadores de Intel con la misma microarquitectura, se muestre:

Eje X:El Nº de núcleos

Eje Y:El tamaño de la cache L3

Proporcionalmente al Nº de núcleos, ¿cual tiene mas cache?

Ejercicio 4

La FPU es una de las partes mas importantes de un procesador ya que determina mucho su velocidad, por ello las CPUs actuales suelen llevar varias FPUs y además de que en cada microarquitectura se mejora su velocidad.

Lee los siguientes artículos:

¿Qué son las instrucciones AVX y para qué las necesita tu CPU?

El MATLAB mejora en hasta un 300% en CPUs AMD Ryzen al hacerlas pasar como una CPU Intel

Usando los conceptos que hemos visto en este tema explica:

Lo que es "AVX-512"

Si crees que es útil

Si te gastarías mas dinero para tener una CPU con AVX-512

Ejercicio 5

Lee el siguiente artículo de Linus Torvalds (el creador de Linux):

Linus Torvalds le desea una muerte dolorosa a AVX-512 de Intel

Y ahora vuelve a explicar:

Lo que es "AVX-512"

Si crees que es útil

Si te gastarías mas dinero para tener una CPU con AVX-512

Ejercicio 6

Indica para los siguientes modelos de Raspberry Pi, el modelo del procesador , su fabricante y la ISA del procesador

Modelo	Fabricante del procesador	Modelo del procesador	ISA del procesador
Raspberry Pi
Raspberry Pi 2
Raspberry Pi 3
Raspberry Pi 4

Ejercicio 7

Dado los siguientes modelos de procesadores de Intel, ordenarlos de mejor a peor (pero únicamente debes fijarte en propio modelo sin ver comparativas por internet)

Intel Core i5-10600K

Intel Core i7-9700K

Intel Core i5-9600T

Intel Core i5-7640U

Intel Core i7-6800H

Intel Core i9-10900K

Intel Core i3-8350K

Ejercicio 8

Dado los siguientes modelos de procesadores de AMD, ordenarlos de mejor a peor (pero únicamente debes fijarte en propio modelo sin ver comparativas por internet)

AMD Ryzen 5 2600

AMD Ryzen 3 1300X

AMD Ryzen 7 2700X

AMD Ryzen 5 3500X

AMD Ryzen 9 3900X

AMD Ryzen Threadripper 3990X

Ejercicio 9

Lee el siguiente artículo que compra el Ryzen 3 3100 con el Ryzen 3 3300X y valora si el artículo tiene razón.

Ryzen 3 3100 and Ryzen 3 3300X Have Very Different CCX Configurations

Ejercicio 10

Lee el siguiente artículo que compra el Ryzen 3 3100 con el Ryzen 3 3300X y valora si el artículo tiene razón.

Ryzen 3 3100 frente a Ryzen 3 3300X: ¿cuál ofrece el mejor valor?

En base a ello, ¿crees que es tanta mejora la nueva microarquitectura Zen 3 de 8 núcleos por CCX?

Ejercicio 11

En la siguiente imagen se muestra información de AMD sobre su nueva microarquitectura Zen 2.

Indica con los conceptos explicados en clase , con tus propias palabras y de forma clara y sencilla , las mejoras que hay en la microarquitectura Zen 2

Quizás alguna de las mejoras no pueda ser explicada ya que no se ha dado en clase esos conceptos.

Ejercicio 12

Indica las características de el procesador Exynos 990:

Para cada núcleo:

Microarquitectura/s

Rendimiento del núcleo (Alto o Bajo).

Tamaño cache L1 Datos

Tamaño cache L1 Instrucciones

Tamaño Cache L2

Frecuencia de funcionamiento

Tamaño cache L3

Ejercicio 13

Indica las características de el procesador Snapdragon 865:

Para cada núcleo:

Microarquitectura/s

Rendimiento del núcleo (Alto o Bajo).

Tamaño cache L1 Datos

Tamaño cache L1 Instrucciones

Tamaño Cache L2

Frecuencia de funcionamiento

Tamaño cache L3

Ejercicio 14

Lee los siguientes artículos sobre el Samsung Galaxy S20:

Exynos 990 vs Snapdragon 865, ¿son iguales las dos variantes del Samsung Galaxy S20?

El Samsung Galaxy S20 llega con chip Snapdragon en vez de Exynos en su propio país

Responde a las siguientes preguntas:

¿Cual procesador crees que es mejor?

¿Crees que hay mucha diferencia entre ellos?

¿Porque crees que añaden núcleos de distinto rendimiento? En concreto me refiero a los Cortex-A55 que tienen tan poco rendimiento.

Ejercicio 15

Hemos visto que el Samsung Galaxy Book S puede llevar el procesador Híbrido "Intel Core i5-L16G7".Indica las características del procesador.

ISA

Microarquitectura

Velocidad (Frecuencia)

Nº de Núcleos

Rendimiento de cada núcleo (Alto o Bajo).

Nº de Hilos que se ejecutan por núcleo

Nº de Hilos que se ejecutan en total

Si soporta "Simultaneous Multithreading"

Tamaño de la caché

L3

Frecuencia

¿Incorpora las instrucciones vectoriales AVX-512?

Ejercicio 16

Hemos visto que el Samsung Galaxy Book S puede llevar el procesador "Qualcomm Snapdragon 8cx".Indica las características del procesador.

ISA

Microarquitectura

Velocidad (Frecuencia)

Nº de Núcleos

Rendimiento de cada núcleo (Alto o Bajo).

Nº de Hilos que se ejecutan por núcleo

Nº de Hilos que se ejecutan en total

Si soporta "Simultaneous Multithreading"

Tamaño de la caché

L3

Frecuencia

¿Porque no puede incorporar las instrucciones vectoriales AVX-512?

Ejercicio 17

Busca en internet comparativas de benchmark de rendimiento de los procesadores que tiene el Samsung Galaxy Book S:

Intel Core i5-L16G7

Qualcomm Snapdragon 8cx

¿Que procesador crees que es mejor? ¿Cual te comprarías? Justifica tu respuesta.

Ejercicio 18

Lee el artículo La insorportable inevitabilidad del MacBook ARM. ¿Crees que a largo plazo va a afectar mucho el cambio de Apple de Intel a ARM? Razona tu respuesta.

Ejercicio 19

En el siguiente artículo se habla de los nuevos procesadores ARM de Apple con 12 cores para sus portátiles.Si Apple usa CPUs ARM en sus Mac, ¿competirá con Intel o AMD?

En dicho artículo se dice:

Es cierto que su nueva CPU tendrá 12 núcleos e intentarán llevar la frecuencia un paso más allá para paliar las deficiencias de ARM frente a X86, pero esto puede servir para el usuario común, así como funciona para sus smartphones. El problema aquí es que sus usuarios están acostumbrados a poder trabajar de forma profesional con equipos de «bajo coste», lo cual implica usar en algunos casos instrucciones AVX-256 o incluso las nuevas AVX-512.

Ahora que Intel ha sacado su procesador Intel Core i5-L16G7, ¿Lleva instrucciones AVX-512?.Por otro lado ARM tiene unas instrucciones llamadas Scalable Vector Extension 2 similares a AVX-512

¿Crees que Apple va a poder sacar un portátil competir con Intel? ¿Que ventajas crees que va a tener? Justifica tu respuesta.

Ejercicio 20

Mira los siguiente vídeos sobre AMD. Explica si hay conceptos que se llaman distintos en los videos que en clase:

Así funciona el arma secreta de AMD...Todo sobre AMD Parte 1

La SUPREMACÍA de RYZEN 5000: Un antes y un después | RYZEN 5600X, 5800X, 5900X y 5950X

Ejercicio 21

Mira los siguiente vídeos sobre Overclocking. Explica si le harás overcloking después de ésto a tu procesador.

¡Antes de hacer Overclock, mira esto!

¡Guía de Overclocking paso a paso! D.va Mod Parte 3 by MSI - EKWB - Corsair