CPU đa nhân

Phát triển kiến trúc đa nhân

Vào những thời kỳ đầu của máy tính cá nhân được sử dụng, nhằm để giảm giá thành, các CPU phổ thông đều được thiết kế theo quan điểm đơn nhân. Các dữ liệu được xử lý tuần tự bởi một bộ xử lý duy nhất cho tất cả mọi tác vụ. Ở những dòng máy cao cấp như siêu máy tính, máy trạm hoặc máy chủ thời kỳ đầu thường được gắn nhiều hơn một CPU trên cùng một bo mạch chủ để có thể thực hiện nhiều tác vụ song song cùng lúc, nâng được tốc độ tổng thể lên cao hơn nhiều so với chỉ sử dụng một CPU.
Kiến trúc đa nhân đầu tiên ra đời vào khoảng giữa thập niên 1980, khi Rockwell International giới thiệu các phiên sản cải tiến của chip xử lý 6502 như R65C00, R65C21, và R65C29. Chúng đều có một đặc điểm chung là tích hợp cả hai nhân xử lý 6502 lên một chip có cùng số chân và cùng tần số xung nhịp.
CPU đa nhân được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2001 bởi hãng IBM với loại CPU Power4 dành riêng cho các máy chủ. Mãi đến tháng 4 năm 2005, Intel đã giới thiệu những CPU hai nhân thương mại đầu tiên, Pentium Extreme Edition (còn gọi là Pentium EE) và Pentium D. Đến tháng 5 năm 2005, AMD giới thiệu các CPU Athlon 64 X2 hai nhân đầu tiên. Những CPU hai nhân thế hệ đầu tiên này, thực chất chỉ thuần túy là đặt hai nhân xử lý trong cùng một tấm đế. Có nghĩa trong một CPU nhìn bề ngoài như một CPU thông thường nhưng bên trong nó chứa các phần mạch điện của cả hai CPU (Pentium 4 Prescott với Intel và Athlon 64 với AMD), điểm chung của nó là các chân cắm tiếp xúc với socket của bo mạch chủ. 
 
Ở những thế hệ kế tiếp, các nhà sản xuất đã sử dụng công nghệ chế tạo hiện đại, cho phép chế tạo tích hợp nhiều nhân trên cùng một nền chip đóng gói vật lý. Công nghệ chế tạo cũng cho phép tích hợp nhiều hơn 2 nhân trên một chip, cũng như các công nghệ giao tiếp như siêu phân luồng, đa phân luồng... cũng giúp tận dụng ưu thế của các CPU đa nhân.
Những cpu dòng hd graphics của intel sử dụng GPU(nhân xử lý đồ họa)được tích hợp trong cpu cūng là một dạng cpu 2 nhân,dòng cpu này cho khả năng chơi các game 3d với chất lượng hd,tiết kiệm điện so với các card đồ họa rời của ndivia,amd...

Những giới hạn tồn tại

Trở ngại lớn nhất của sự phát triển CPU đa nhân là các kích thước vật lý của các linh kiện chứa trong lòng nó. Kích thước transistor, tiết diện dây dẫn nội bộ là những thành phần cơ bản gây cản trở sự phát triển của các CPU đa nhân, mỗi hãng đều có các công nghệ sản xuất riêng để làm nhỏ kích thước của chúng. Những công nghệ mới gần đây đã có thể giúp tích hợp trên 2 tỷ transistor trong cùng một CPU. Công nghệ chế tạo CPU đã tiến đến mức 32 nm (được công bố bởi Intel) và còn tiếp tục nhỏ hơn nữa (tuy hiện nay nhiều hãng sản xuất vẫn mới áp dụng rộng rãi công nghệ 65 nm và chỉ một số CPU sản xuất trên công nghệ 45 nm).

Bản quyền phần mềm

Trước khi xuất hiện các CPU đa nhân thì có nhiều người sử dụng lo ngại rằng khi sử dụng một máy tính đa nhân thì các hãng viết hệ điều hành sẽ tăng giá bán các phiên bản hệ điều hành hoặc các phần mềm. Những động thái lo ngại này không phải thiếu căn cứ bởi đã có những tiền lệ tương tự. Các phiên bản hệ điều hành cho các máy chủ thường được phân biệt sử dụng cho một hoặc nhiều hơn một CPU mà tuỳ theo số lượng CPU mà có giá bán khác nhau.
Tuy nhiên, hãng phần mềm Microsoft đã không yêu cầu người sử dụng trả thêm chi phí cho các hệ điều hành Windows các phiên bản được sử dụng các bộ xử lý đa nhân cho đến đầu năm 2008. Cách tính số lượng CPU của hãng này vẫn tính trên số lượng CPU vật lý, như vậy cho dù một máy chủ sử dụng duy nhất một CPU có bốn nhân, tám nhân hay nhiều hơn nữa thì cũng chỉ phải trả chi phí cho hệ điều hành bằng mức như với một CPU đơn nhân.
Mặc dù các bộ xử lý đa nhân đã xuất hiện từ rất lâu, nhưng đến nay chưa thấy các phần mềm thông dụng (phục vụ đa số người sử dụng hoặc chiếm thị phần tương đối) có sự chênh lệch nhau về giá bán giữa các phiên bản sử dụng cho CPU đơn nhân và đa nhân. Tuy nhiên, trong những thời gian kế tiếp có thể một số hãng phần mềm sẽ liên kết với nhau cùng tăng giá các phần mềm sử dụng trên những hệ thống máy tính sử dụng CPU đa nhân trong vòng một vài năm tới. Có thể điều này sẽ trở thành tất yếu khi mà công nghệ CPU đa nhân phát triển đến mỗi một CPU vật lý chứa rất nhiều nhân trong nó, và các phần mềm được thiết kế tối ưu cho chúng.

Đa nhân trên máy tính xách tay

Ngay từ khi các CPU hai nhân đầu tiên xuất hiện trên thị trường, các nhà sản xuất máy tính xách tay đã ứng dụng chúng trong các sản phẩm của mình. Những CPU đa nhân đầu tiên ở các máy tính xách tay đã cải thiện hiệu năng tăng khoảng 30% so với các CPU một nhân cùng tốc độ trong các thử nghiệm benchmark. Ngay các thế hệ CPU đa nhân kế tiếp ở các phiên bản CPU di động cũng không cải thiện được hiệu năng và khả năng tiết kiệm pin như một số nhà sản xuất CPU tuyên bố.
Bởi vì máy tính xách tay thường thiết kế cho các mục đích sử dụng di động với các ứng dụng không đòi hỏi nhiều năng lực CPU nên có vẻ chúng không cải thiện được tốc độ nhiều. Trừ các loại máy tính xách tay chuyên dụng cho game, xử lý đồ hoạ thì các dòng máy tính xách tay thông thường dành cho học sinh, sinh viên, doanh nhân đến thời điểm đầu năm 2008 vẫn chưa là một bước đột phá so với các dòng máy tính xách tay sử dụng CPU hai nhân của thế hệ đầu tiên.

Đối nghịch với đa nhân: Thị trường PC giá thấp

Khi mà các hãng sản xuất CPU có xu hướng phát triển các sản phẩm CPU đa nhân như một tất yếu trong lịch sử phát triển của máy tính thì vẫn còn một thị trường không kém sôi động cho các vi xử lý một nhân. Các bộ xử lý cho máy tính rẻ tiền vẫn còn trong vòng ngắm của các hãng sản xuất thiết bị phần cứng.
Cả hai hãng AMD và Intel vẫn có những kế hoạch sản xuất CPU cho các máy tính rẻ tiền, dành cho người thu nhập thấp (loại máy tính low-cost PC với giá dự định thấp hơn 350 USD). Hãng Intel với chiến lược "5 năm, một tỷ người" nhằm giúp thúc đẩy số người sử dụng Internet trong năm năm tới thêm một tỷ máy tính nữa kết nối được với mạng toàn cầu (hiện nay số lượng người sử dụng Internet trên thế giới ước tính là 1 tỷ người sau 30 năm phát triển). Những kế hoạch của Intel không phải là quá xa vời khi hãng này chuẩn bị tung ra bộ CPU Diamond View cùng với chipset đi kèm dưới dạng OEM với giá khoảng 30 USD với sức mạnh tương đương với CPU Pentium M mà hãng đã sản xuất trước đây. Mục tiêu của gói CPU-chipset này nhắm tới các máy tính xách tay giá rẻ và các thiết bị Internet di động (mobile Internet device) của Intel.
Các hãng khác hoặc các dự án khác cũng đã chú ý đến thị trường PC giá rẻ từ trước đó: Dự án "Mỗi trẻ em một máy tính" OLPC (One Laptop Per Child) cũng được khởi động đã lâu với giá thành dự định dưới 100 USD cũng đã dần hạ giá thành những chiếc máy tính xách tay theo dự án đạt mức giá dự định. Ngoài ra, các thương hiệu máy tính giá rẻ như Asus EEPC, Intel Classmate cũng đang được triển khai.
Ngoài các CPU phục vụ cho các máy tính cá nhân, máy chủ, máy trạm thì bộ vi xử lý nhúng lại là một thị trường còn lớn hơn nữa. Rất ít người sử dụng hiểu được rằng vi xử lý nhúng đã được sử dụng đến từng thiết bị gia dụng trong đời sống: từ những chiếc ti vi, máy giặt, máy phát đĩa CD/DVD, đầu thu truyền hình số, điện thoại di động...đều sử dụng các bộ vi xử lý nhúng. Chúng chỉ là các vi xử lý có tốc độ thấp và chưa cần thiết đến đa nhân nhưng theo thống kê những năm 2000 thì chúng chiếm đến 96% trên tổng số các vi xử lý nhúng, (cho đến nay chúng có thể còn lớn hơn nữa do sự phát triển của sản phẩm dân dụng luôn lớn hơn so với những chiếc PC).