CoProzessoren

CoProzessoren sind spezialisierte Verarbeitungseinheiten, die bestimmte Aufgaben schneller oder energiebesparender erledigen als der allgemeine CPU-Kern. Sie können als eigenständige Chips oder als on-die Einheiten am Hauptprozessor angebunden sein und übernehmen ausgewählte Rechenaufgaben, während der Hauptprozessor die Steuerung übernimmt.

Historisch traten Coprozessoren zunächst als separate Chips auf, etwa der x86 8087, der als Floating-Point Unit neben dem 8086 arbeitete. Mit der Integration der FPU in vielen CPUs verlor der klassische Coprozessor an Bedeutung. Gegenwärtig treten CoProzessoren vor allem als GPUs, DSPs, kryptografische Co-Prozessoren und spezialisierte AI- oder Rechenbeschleuniger auf. In eingebetteten Systemen finden sie Anwendung in Signalverarbeitung, Netzwerktechnik oder sicherer Schlüsselverwaltung. Auch FPGAs dienen häufig als programmierbare Coprozessoren.

Der Betrieb erfolgt meist durch Offloading: Aufgaben werden dem Coprozessor zugewiesen, der dann parallel zum Hauptprozessor arbeitet. Anwendungsprogramme steuern dies über Betriebssystem- oder Treiber-Software und Programmierschnittstellen wie CUDA, OpenCL, DirectCompute oder herstellerbezogene APIs. Typische Merkmale sind spezialisierte Architekturen, hoher Durchsatz für spezifische Workloads sowie Speicher- und Cache-Kohärenz und Energieeffizienz.

In modernen Systemen verschmelzen CPU und Coprozessoren oft durch integrierte Beschleuniger, wodurch heterogene Rechnerstrukturen entstehen. CoProzessoren tragen wesentlich zur Leistungssteigerung bei und ermöglichen effizientere Berechnung in Grafik, Multimedia, Kryptografie, Netzwerken und künstlicher Intelligenz.