Procesador (informática)
Componente eléctrico para procesamiento de datos

En informática y ciencias de la computación , un procesador o unidad de procesamiento es un componente eléctrico ( circuito digital ) que realiza operaciones en una fuente de datos externa, generalmente una memoria o algún otro flujo de datos. [1] Por lo general, toma la forma de un microprocesador , que se puede implementar en uno o varios chips de circuitos integrados de metal-óxido-semiconductor estrechamente integrados . [2] [3] En el pasado, los procesadores se construían utilizando múltiples tubos de vacío individuales , [4] [5] múltiples transistores individuales , [6] o múltiples circuitos integrados.

El término se utiliza con frecuencia para referirse a la unidad central de procesamiento (CPU), el procesador principal de un sistema. [7] Sin embargo, también puede referirse a otros coprocesadores , como una unidad de procesamiento gráfico (GPU). [8]

Los procesadores tradicionales suelen estar basados ​​en silicio; sin embargo, los investigadores han desarrollado procesadores experimentales basados ​​en materiales alternativos como nanotubos de carbono , [9] grafeno , [10] diamante , [11] y aleaciones hechas de elementos de los grupos tres y cinco de la tabla periódica . [12] Se han investigado transistores hechos de una sola lámina de átomos de silicio de un átomo de altura y otros materiales 2D para su uso en procesadores. [13] Se han creado procesadores cuánticos ; utilizan la superposición cuántica para representar bits (llamados qubits ) en lugar de solo un estado encendido o apagado. [14] [15]

Ley de Moore

Recuento de transistores a lo largo del tiempo, lo que demuestra la ley de Moore

La ley de Moore , llamada así en honor a Gordon Moore , es la observación y proyección a través de la tendencia histórica de que el número de transistores en circuitos integrados, y por lo tanto de procesadores por extensión, se duplica cada dos años. [16] El progreso de los procesadores ha seguido de cerca la ley de Moore. [17]

Tipos

Las unidades centrales de procesamiento (CPU) son los procesadores principales en la mayoría de las computadoras. Están diseñadas para manejar una amplia variedad de tareas informáticas generales en lugar de solo unas pocas tareas específicas del dominio. Si se basan en la arquitectura de von Neumann , contienen al menos una unidad de control (CU), una unidad aritmética lógica (ALU) y registros de procesador . En la práctica, las CPU en las computadoras personales también suelen estar conectadas, a través de la placa base , a un banco de memoria principal , un disco duro u otro almacenamiento permanente y periféricos , como un teclado y un mouse .

Las unidades de procesamiento gráfico (GPU) están presentes en muchas computadoras y están diseñadas para realizar operaciones de gráficos de computadora de manera eficiente, incluyendo álgebra lineal . Son altamente paralelas y las CPU generalmente funcionan mejor en tareas que requieren procesamiento en serie. Aunque las GPU fueron pensadas originalmente para su uso en gráficos, con el tiempo sus dominios de aplicación se han expandido y se han convertido en una pieza importante de hardware para el aprendizaje automático . [18]

Existen varias formas de procesadores especializados en el aprendizaje automático. Estos se incluyen en la categoría de aceleradores de IA (también conocidos como unidades de procesamiento neuronal o NPU) e incluyen las unidades de procesamiento de visión (VPU) y la unidad de procesamiento tensorial (TPU) de Google .

Los chips y tarjetas de sonido se utilizan para generar y procesar audio. Los procesadores de señales digitales (DSP) están diseñados para procesar señales digitales. Los procesadores de señales de imagen son DSP especializados para procesar imágenes en particular.

Los procesadores de aprendizaje profundo , como las unidades de procesamiento neuronal, están diseñados para un cálculo de aprendizaje profundo eficiente.

Las unidades de procesamiento de física (PPU) están diseñadas para realizar cálculos relacionados con la física de manera eficiente, particularmente en los videojuegos. [19]

Las matrices de puertas programables en campo (FPGAs) son circuitos especializados que pueden reconfigurarse para diferentes propósitos, en lugar de quedar limitados a un dominio de aplicación particular durante la fabricación.

El elemento o unidad de procesamiento sinérgico (SPE o SPU) es un componente del microprocesador Cell .

Se han desarrollado procesadores basados ​​en diferentes tecnologías de circuitos. Un ejemplo son los procesadores cuánticos , que utilizan la física cuántica para permitir algoritmos que son imposibles en las computadoras clásicas (aquellas que utilizan circuitos tradicionales). Otro ejemplo son los procesadores fotónicos, que utilizan luz para realizar cálculos en lugar de electrónica semiconductora. [20] El procesamiento se realiza mediante fotodetectores que detectan la luz producida por láseres dentro del procesador. [21]

Véase también

Referencias

  1. ^ "Diccionario Oxford de inglés". Lexico . Archivado desde el original el 25 de marzo de 2020 . Consultado el 25 de marzo de 2020 .
  2. ^ "Lectura: La unidad central de procesamiento | Introducción a las aplicaciones y conceptos informáticos". courses.lumenlearning.com . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  3. ^ "El motor de silicio".
  4. ^ Garner, Robert; Dill, Frederick (Rick) (invierno de 2010). "El legendario sistema de procesamiento de datos IBM 1401" (PDF) . Revista IEEE Solid-State Circuits . 2 (1): 28–39. doi :10.1109/MSSC.2009.935295. S2CID  31608817.
  5. ^ "IBM100 - La serie IBM 700". www-03.ibm.com . 7 de marzo de 2012. Archivado desde el original el 3 de abril de 2012 . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  6. ^ "Megaprocesador". www.megaprocessor.com . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  7. ^ "Diccionario Oxford de inglés". Lexico . Archivado desde el original el 25 de marzo de 2020 . Consultado el 25 de marzo de 2020 .
  8. ^ Sakdhnagool, Putt (4 de septiembre de 2018). "Análisis comparativo de coprocesadores". Práctica y experiencia en concurrencia y computación . 31 (1). doi : 10.1002/cpe.4756 . S2CID  54473111 – vía Wiley Online Library.
  9. ^ Hills, Gage; Lau, Christian; Wright, Andrew; Fuller, Samuel; Bishop, Mindy D.; Srimani, Tathagata; Kanhaiya, Pritpal; Ho, Rebecca; Amer, Aya; Stein, Yosi; Murphy, Denis (29 de agosto de 2019). "Microprocesador moderno construido a partir de transistores de nanotubos de carbono complementarios". Nature . 572 (7771): 595–602. Bibcode :2019Natur.572..595H. doi :10.1038/s41586-019-1493-8. ISSN  0028-0836. PMID  31462796. S2CID  201658375.
  10. ^ Akinwande, Deji; Huyghebaert, Cedric; Wang, Ching-Hua; Serna, Martha I.; Goossens, Stijn; Li, Lain-Jong; Wong, H.-S. Philip; Koppens, Frank HL (26 de septiembre de 2019). "Grafeno y materiales bidimensionales para la tecnología del silicio". Nature . 573 (7775): 507–518. Bibcode :2019Natur.573..507A. doi :10.1038/s41586-019-1573-9. ISSN  0028-0836. PMID  31554977. S2CID  202762945.
  11. ^ "Uso de inteligencia artificial para diseñar propiedades de materiales". 11 de febrero de 2019.
  12. ^ Riel, Heike; Wernersson, Lars-Erik; Hong, Minghwei; del Alamo, Jesús A. (agosto de 2014). "Transistores semiconductores compuestos III–V: desde estructuras planares hasta nanohilos". Boletín MRS . 39 (8): 668–677. doi :10.1557/mrs.2014.137. hdl : 1721.1/99977 . ISSN  0883-7694. S2CID  138353703.
  13. ^ Li, Ming-Yang; Su, Sheng-Kai; Wong, H.-S. Philip; Li, Lain-Jong (marzo de 2019). "Cómo los semiconductores 2D podrían extender la ley de Moore". Nature . 567 (7747): 169–170. Bibcode :2019Natur.567..169L. doi : 10.1038/d41586-019-00793-8 . ISSN  0028-0836. PMID  30862924. S2CID  75136648.
  14. ^ "computadora cuántica | Descripción y datos | Britannica". www.britannica.com . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  15. ^ "Implementación experimental de búsqueda cuántica rápida" (PDF) .
  16. ^ "Ley de Moore: informática". Britannica.com . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  17. ^ "Ley de Moore". www.umsl.edu . Consultado el 28 de enero de 2022 .
  18. ^ "CPU vs. GPU: ¿Cuál es la diferencia?". Intel . Consultado el 27 de febrero de 2022 .
  19. ^ "Revolución en los juegos: las unidades de procesamiento físico (PPU) elevan el realismo con cálculos eficientes relacionados con la física -PCMasters.de". PCMasters (en alemán) . Consultado el 10 de agosto de 2023 .
  20. ^ Sun, Chen; Wade, Mark T.; Lee, Yunsup; Orcutt, Jason S.; Alloatti, Luca; Georgas, Michael S.; Waterman, Andrew S.; Shainline, Jeffrey M.; Avizienis, Rimas R.; Lin, Sen; Moss, Benjamin R. (diciembre de 2015). "Microprocesador de un solo chip que se comunica directamente mediante luz". Nature . 528 (7583): 534–538. Bibcode :2015Natur.528..534S. doi :10.1038/nature16454. ISSN  0028-0836. PMID  26701054. S2CID  205247044.
  21. ^ Yang, Sarah (23 de diciembre de 2015). "Los ingenieros demuestran el primer procesador que utiliza luz para comunicaciones ultrarrápidas". Berkeley News . Consultado el 28 de enero de 2022 .
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