Zoom sur un Processeur

Il est toujours fascinant de voir à quel point l’humain a su construire si petit et si complexe les processeurs et les puces électroniques, c’est le domaine de la technologie qui représente le mieux la maîtrise de la précision et de la complexité que l’humain n’a jamais pu réaliser auparavant. Pour rappel, les traces à l’intérieur des processeurs actuels vont arriver bientôt à 2 nanomètres (nanomètre = 2-9 mètre), bientôt sur 1 nanomètre on pourra compter à peu près 10 atomes de silicium, la matière dont les puces sont construites. Et une complexité pour combiner 1 trillion de transistors (1 trillion = 1000 milliards) sur une seule puce, tous soigneusement arrangés et bien synchronisés pour un rôle bien défini, ça donne l’étourdi !

Appréciation du spectacle en image dans la vidéo en bas.

Zoom sur processeur

Et la vidéo suivante est une visualisation d’une simulation électrique au niveau transistor du processeur 4 bits d’Intel le 4004, il contient 2300 transistors. Historiquement c’est le premier microprocesseur à avoir été vendu en 1971.

Intel 4004 en s’exécutant internement au niveau transistor

Différence entre CPU et GPU

Le CPU (Central Processing Unit) est communément ce qu’on appel processeur, et GPU (Graphical Processing Unit) est le processeur spécifique de la carte graphique. La principale différence entre les deux, c’est le CPU est un processeur générique, et théoriquement il peut exécuter n’importe quel algorithme, de l’autre côté le GPU est spécifique pour le rendu graphique et la 3D, il n’est pas générique mais il est très puisant, beaucoup plus puisant que le processeur pour les rendus graphiques. La vidéo en bas est celle de la chaîne YouTube Computerphile est la différence entre ces deux unités de calcul est plus détaillée.

CPU vs GPU

Il existe quelques types d’applications qui sont adaptées pour l’exécution sur GPU, et il même possible d’exécuter ces types de programmes qui ne sont pas graphiques sur le GPU, cette manière de programmer s’inclut dans l’appellation connue sous GPGPU (General Purpose GPU), dans laquelle le programme en question est exécute sur le GPU et pas sur le CPU. Pour le faire, les constructeurs de cartes graphiques comme Nvidia et AMD fournissent des API (des bibliothèques) aux programmeurs leurs permettant la déportation de leurs programmes du CPU vers le GPU. C’est sûr que pas tous les programmes sont adaptés pour l’exécution sur GPU, les plus adaptés sont généralement les programmes hautement parallélisables, comme par exemple la Crypto-monnaie, l’Imagerie, la Simulation Physique, une partie de l’Intelligence Artificiel…etc.

État de l’art sur les processeurs

La vidéo suivante est produite par la chaîne Youtube Computerphile, une excellente chaîne de se spécialisant sur diverses technologies en informatique. La vidéo est animé par le Docteur Steve Bagley (le lien de son site personnel) de l’université de Nottingham en Angleterre, il fait la présentation d’un état de l’art sur le fonctionnement externe et interne des processeurs (CPU). La présentation touche des concepts importants dans l’Architecture des Ordinateurs comme l’architecture de Von neumann, l’interaction CPU-RAM, l’exécution des instructions à travers les compartiments internes du CPU, dont Fetch, Decode, Execute, l’exécution en pipeline et le phénomène du pipeline hazard (ou risques du pipeline), qui exige un traitement spécifique pour certaines instructions.

À l’intérieur du CPU

Le Processeur éducatif nommé Scott

À cette période de l’année, à l’université, c’est le summum, le sommet de la course vers la quête de l’apprentissage pour les étudiants. J’ai pu visualiser récrément une excellente vidéo sur le thème qui intéresse particulièrement les étudiants du Module Architecture des Ordinateurs, la vidéo en bas est plus centrée sur la micro-architecture, le narrateur explique le fonctionnement interne d’un processeur, avec en plus son interaction avec les autres composants d’un PC, comme la RAM, le moniteur et le clavier.

Processeur de l’intérieur

Le processeur en question est le processeur Scott, c’est un processeur académique développé par John Scott, le processeur reste comme un processeur simpliste par rapport aux processeurs actuels, mais les concepts de base restent les mêmes. John Scott a probablement acquis les bases de la conception Hardware et la conception des processeurs tout au long de sa carrière en travaillant à la silicon valley dans des entreprises comme Intel et IBM. La conception de ce processeur a abouti au final à un livre ; But How Do It Know? – The Basic Principles of Computers for Everyone, plusieurs autres éléments et informations sont accessibles sur le site consacré à ce livre, www.buthowdoitknow.com