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NVIDIA Kal-El: cinque core al prezzo di quattro

Migliorare le prestazioni ma ridurre i consumi: un binomio difficile da tenere assieme. E cosė, quello che un tempo era solo un produttore di GPU, sfodera una soluzione originale (e interessante)

NVIDIA Kal-El: cinque core al prezzo di quattroRoma - Lo scorso mese di Febbraio NVIDIA ha annunciato lo sviluppo del progetto Kal-El per la realizzazione di nuovi processori mobile. Con Kal-El l'azienda californiana intende proporre la sua prima famiglia di CPU quad-core per sistemi smartphone e tablet perseguendo la convinzione che le CPU multi-core possano fornire notevoli vantaggi anche in questo settore.

A differenza del lungo e variegato percorso che è stato necessario seguire con i tradizionali computer, quando i primi processori dual-core, e poi quelli quad-core, hanno incontrato ambienti software per nulla ottimizzati, oggi tutte le applicazioni ed i sistemi operativi mobile sono sviluppati prendendo in seria considerazione il fattore multitasking.

NVIDIA promette che le CPU quad-core di prossima generazione saranno in grado non solo di offrire una migliore esperienza dove già oggi Tegra 2 (e altre piattaforme simili) sono in grado di eccellere, ma apriranno le porte a nuove opportunità per i device mobili fra cui:
  • Editing di video in alta qualità
  • Processing di immagini
  • Transcodifica di flussi audio-video
  • Simulazioni della fisica in tempo reale
  • Supporto per numerose applicazioni di produttività
  • Riconoscimento facciale
  • Applicazioni e giochi 3D stereoscopici
  • Scansioni antivirus
  • Compressione di file

Partendo da queste considerazione appare evidente come una CPU single-core non solo funzionerebbe a frequenze più elevate e tensioni superiori rispetto ad una multi-core ma richiederebbe anche più tempo per completare determinati task. Il carico di lavoro, con processori multi-core, può essere distribuito su più core permettendo ad ognuno di essi di mantenere basse frequenze, tensioni ridotte e perciò consumi contenuti. Tipici esempi di software capaci di trarre enormi benefici da una CPU multi-core sono i browser multi-threaded come Google Chrome e Mozilla Firefox che attivano un processo separato per ogni tab.


Un browser è in grado di distribuire i compiti su più core

Le prestazioni offerte da una CPU quad-core sono così superiori rispetto a quelle di un modello dual-core in quasi tutti i casi o perlomeno in tutti quei casi in cui è possibile avere un forte parallelismo dei thread in esecuzione o il sistema si trova a dover gestire più applicazioni contemporaneamente: con i moderni dispositivi mobile questo è uno scenario tutto sommato tipico. Il sistema esegue sempre un certo numero di operazioni in background come scaricare la posta, aggiornare le applicazioni o lo stato dei social network, gestire wallpaper live. Nel frattempo l'utente potrebbe decidere di guardare un video o giocare ad un videogame.


Tipica situazione di uno stand-by attivo

I tradizionali processori multi-core hanno però un problema insito nella loro stessa natura (in realtà nella natura di tutti i chip elettronici). Per poter realizzare un chip che sia in grado di offrire prestazioni molto elevate è necessario usare transistor capaci di tempi di switching altrettanto contenuti e perciò non ottimizzati per contenere i consumi quando lavorano a "bassi regimi".

Gli assorbimenti di un chip al silicio sono dati dalla somma di due fattori: potenza di dispersione (legata alle correnti di leakage) e potenza dinamica. La prima è principalmente dipendente dalla tecnologia di processo mentre sulla seconda influiscono tensione e frequenza operativa secondo una relazione quadratica (la potenza dinamica è proporzionale al quadrato della tensione moltiplicato per la frequenza). Questo significa che quando un chip sta operando alla massima frequenza, il suo consumo è dettato quasi esclusivamente dalla potenza dinamica; al contrario quando è in idle la porzione maggiore dei consumi è quella dovuta alle correnti di dispersione.

In base a quanto detto in precedenza, se un chip è ottimizzato per funzionare ad elevate frequenze di funzionamento presenterà anche elevate correnti di dispersione. Se invece lo si ottimizza per ridurre tali correnti, difficilmente lo si riuscirà a spingere troppo in alto con le frequenze.


CPU ottimizzate per i consumi oppure per raggiungere frequenze elevate
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