multiprocesador

Un sistema multiprocesador contiene dos o más núcleos de procesamiento o CPU conectados por un bus de memoria compartida y controlados por un único sistema operativo. A diferencia de una red de computadoras separadas, todos los procesadores tienen acceso directo a la misma RAM y periféricos, lo que les permite coordinar el trabajo sin la sobrecarga de la red. En entornos industriales, los multiprocesadores manejan tareas de control en tiempo real, adquisición de datos de alta velocidad y procesamiento de visión artificial donde la latencia y la sincronización son importantes.

Las arquitecturas multiprocesador se dividen en dos grandes clases: multiprocesamiento simétrico (SMP) y multiprocesamiento asimétrico (AMP). En los sistemas SMP, todas las CPU son idénticas y cualquier procesador puede ejecutar cualquier tarea; el sistema operativo distribuye el trabajo dinámicamente entre los núcleos disponibles. Los sistemas AMP asignan tareas específicas a procesadores específicos; por ejemplo, un núcleo ejecuta el bucle de control crítico para la seguridad mientras que otro maneja el registro de datos. Los equipos industriales a menudo usan AMP cuando la confiabilidad y el determinismo superan la flexibilidad.

Memoria Compartida y Complejidad de la Caché

El mayor desafío de diseño en los sistemas multiprocesador es la coherencia de la caché. Cuando cada procesador tiene su propia caché L1 y L2, las escrituras de un procesador pueden no ser inmediatamente visibles para otros. Los protocolos de coherencia de hardware (como MESI o MOESI) mantienen las cachés sincronizadas, pero esto añade latencia y consumo de energía. En aplicaciones industriales en tiempo real, los fallos de caché durante operaciones críticas pueden causar violaciones de tiempo. Algunos diseños utilizan caché de escritura directa o acceso basado en bloqueos a estructuras de datos compartidas para garantizar la coherencia.

Los procesadores de doble y cuádruple núcleo dominan los sistemas embebidos industriales hoy en día. Una PC industrial típica podría usar un Intel Atom de doble núcleo o un procesador ARM Cortex-A de cuádruple núcleo ejecutando un kernel en tiempo real como VxWorks o QNX. Un mayor número de núcleos (8, 16 o más) aparece en sistemas de visión y coordinadores de control de movimiento, aunque la complejidad de la ingeniería de software crece bruscamente por encima de los cuatro núcleos.

El término multiprocesador es distinto de multinúcleo. Estrictamente hablando, un sistema multiprocesador utiliza chips de CPU separados o módulos de procesador discretos; un sistema multinúcleo integra múltiples unidades de ejecución en un solo chip. En la terminología industrial moderna, la distinción se ha difuminado, y ambas configuraciones a menudo se denominan multiprocesador. Al especificar equipos, aclare si necesita verdadera redundancia (dos módulos de procesador separados con fuentes de alimentación independientes) o simplemente capacidad de cómputo paralelo en un solo chip.