Mehrkern

Mehrkern bezeichnet eine Computerprozessorarchitektur, bei der mehrere Rechenkerne (CPU-Kerne) auf einem einzigen Siliziumchip integriert sind. Jeder Kern kann eigenständig Befehle ausführen, und sie teilen sich Ressourcen wie Cache (L1/L2/L3) und Speichersysteme. Die Mehrkerntechnologie erhöht den parallelen Rechenoutput und verbessert die Leistungsfähigkeit bei Multithread-Anwendungen und Multitasking im Vergleich zu Ein-Kern-Prozessoren.

Die Entwicklung begann in den 2000er-Jahren; erste kommerzielle Mehrkernprozessoren erschienen um 2006/2007 (z. B. Intel Core 2 Duo, AMD Athlon 64 X2). Seitdem wurden die Kernzahlen stetig erhöht (Quad-Core, Hexa-Core, Octa-Core, teils mehr). Neben homogener Mehrkernarchitektur gibt es auch asymmetrische Varianten, bei denen unterschiedliche Kernarten oder -geschwindigkeiten kombiniert werden (z. B. ARM big.LITTLE-Ansätze). In Server- und High-End-Desktop-Systemen kommen oft größere Kernzahlen und verkettete Chipsätze zum Einsatz.

Architekturtechnisch arbeiten Mehrkernprozessoren oft mit gemeinsamen Caches, mehreren Speicherkanälen und On-Chip-Interconnects (Ring, Mesh). Zur Koordination wird Cache-Kohärenz gewährleistet, häufig mittels Protokollen wie MESI. Betriebssysteme und Anwendungen müssen parallele Ausführung nutzen, um Vorteile zu realisieren; Technologien wie SMT (simultaneous multithreading) oder Hyper-Threading erhöhen die Auslastung einzelner Kerne, ohne die Anzahl der physischen Kerne zu erhöhen.

Vorteile von Mehrkern liegen in höherem Durchsatz bei Mehrfachaufgaben und verbesserten Reaktionszeiten, insbesondere bei multithreaded Software. Grenzen ergeben sich durch Amdahls Gesetz, Cache-Kohärenz-Overheads, Wärme- und Leistungsgrenzen sowie die Notwendigkeit geeigneter Softwareparalleisierung.

Zukünftige Entwicklungen fokussieren auf mehr Kerne, heterogene Architekturen, Chiplet-Designs und 3D-Die-Stacking zur weiteren Leistungssteigerung bei gleichzeitig optimierter Energieeffizienz.