Prosessorit

Prosessorit ovat tietokoneiden ja monien muiden laitteiden suorituskyvyn keskuslaskennan ydin. Ne suorittavat ohjelmistojen ohjeita, hallitsevat muistia ja ohjaavat muuta laitteiston osia. Yleisesti termillä “prosessori” viitataan keskusprosessorin (CPU) toiminnasta vastaavaan piirisarjaan, mutta siihen kuuluvat myös mikro-ohjaimet sekä järjestelmä- ja sovellusprosesseiksi tarkoitetut ratkaisut.

Prosessorin toiminto määräytyy arkkitehtuurin ja mikroarkkitehtuurin mukaan. Arkkitehtuuri tarkoittaa käskykantaa (ISA), kuten x86-64, ARM, MIPS tai RISC-V. Mikroarkkitehtuuri kuvaa, miten ohjeet toteutetaan käytännössä: onko käytössä useita ytimiä, välimuisteja (L1/L2/L3), putkistoa, spekulatiivista suoritusprosessia ja monia väyliä. Nykyprosessorit ovat usein moniydin- ja useiden välimuistitasojen ratkaisuja, jotka parantavat suorituskykyä ja energiatehokkuutta.

Valmistusteknologian kehitys pienentää transistorien kokoa ja mahdollistaa suuremman suorituskyvyn sekä alhaisemman virrankulutuksen. Suorituskykyä arvioidaan kellotaajuuden, ohitusnopeuden (IPC) ja kokonaiskustannusten perusteella. Ytinten määrä, välimuistin koko ja väyläarkkitehtuuri vaikuttavat ratkaisevasti; modernit prosessorit sisältävät usein integroidun grafiikkasuorittimen ja joskus erillisiä kiihdyttimiä tekoälylle ja laskennalle.

Prosessorit jaetaan käyttökohteen mukaan: pöytäkoneisiin ja palvelimiin tarkoituvat CPU:t, kannettaviin laitteisiin tarkoitetut prosessorit sekä mobiili- ja sulautettuihin järjestelmiin suunnatut ratkaisut. Yhä useammin prosessorit ovat osa järjestelmäpiiriä (SoC), jossa CPU:lta on yhteys GPU:hon, muistiohjain, liitännät ja muut toiminnallisuudet samassa piirikokonaisuudessa. Tämä mahdollistaa pienemmät koko- ja virrankulutusratkaisut.

Moniydinarkkitehtuuri, rinnakkaisuus ja heterogeeninen laskenta ovat nykytrendejä, joissa eri suorituskykypiirejä käytetään yhdessä. Yhä suurempi rooli on tekoälyä kiihdyttävillä kiihdyttimillä ja integraatioilla sekä turvallisuus- sekä virtuaaliympäristöjen kehittämisellä. Turvallisuusuhat kuten Spectre- ja Meltdown -kaltaiset haavoittuvuudet sekä kokonaisjärjestelmien turvallisuusvaatimukset vaikuttavat suunnitteluun ja käytäntöihin.