multiprocesseur

Un système multiprocesseur contient deux cœurs de traitement ou plus, ou des CPU, connectés par un bus mémoire partagé et contrôlés par un seul système d'exploitation. Contrairement à un réseau d'ordinateurs séparés, tous les processeurs ont un accès direct à la même RAM et aux mêmes périphériques, ce qui leur permet de coordonner le travail sans surcharge réseau. Dans les environnements industriels, les multiprocesseurs gèrent les tâches de contrôle en temps réel, l'acquisition de données à haute vitesse et le traitement de la vision industrielle où la latence et la synchronisation sont cruciales.

Les architectures multiprocesseurs se divisent en deux grandes catégories : le traitement multiprocesseur symétrique (SMP) et le traitement multiprocesseur asymétrique (AMP). Dans les systèmes SMP, tous les CPU sont identiques et n'importe quel processeur peut exécuter n'importe quelle tâche ; le système d'exploitation distribue le travail dynamiquement entre les cœurs disponibles. Les systèmes AMP attribuent des tâches spécifiques à des processeurs spécifiques ; par exemple, un cœur exécute la boucle de contrôle critique pour la sécurité tandis qu'un autre gère l'enregistrement des données. L'équipement industriel utilise souvent l'AMP lorsque la fiabilité et le déterminisme l'emportent sur la flexibilité.

Complexité de la mémoire partagée et du cache

Le plus grand défi de conception dans les systèmes multiprocesseurs est la cohérence du cache. Lorsque chaque processeur a son propre cache L1 et L2, les écritures effectuées par un processeur peuvent ne pas être immédiatement visibles par les autres. Les protocoles de cohérence matérielle (tels que MESI ou MOESI) maintiennent les caches synchronisés, mais cela ajoute de la latence et de la consommation d'énergie. Dans les applications industrielles en temps réel, les ratés de cache pendant les opérations critiques peuvent entraîner des violations de synchronisation. Certaines conceptions utilisent le caching en écriture directe (write-through) ou l'accès basé sur des verrous aux structures de données partagées pour garantir la cohérence.

Les processeurs double et quadruple cœur dominent aujourd'hui les systèmes embarqués industriels. Un PC industriel typique pourrait utiliser un Intel Atom double cœur ou un processeur ARM Cortex-A quadruple cœur exécutant un noyau temps réel comme VxWorks ou QNX. Des nombres de cœurs plus élevés (8, 16 ou plus) apparaissent dans les systèmes de vision et les coordinateurs de contrôle de mouvement, bien que la complexité de l'ingénierie logicielle augmente fortement au-delà de quatre cœurs.

Le terme multiprocesseur est distinct de multicœur. Strictement parlant, un système multiprocesseur utilise des puces CPU séparées ou des modules de processeur discrets ; un système multicœur intègre plusieurs unités d'exécution sur une seule puce. Dans la terminologie industrielle moderne, la distinction s'est estompée, et les deux configurations sont souvent appelées multiprocesseurs. Lors de la spécification d'équipement, clarifiez si vous avez besoin d'une véritable redondance (deux modules de processeur séparés avec des alimentations indépendantes) ou simplement d'une capacité de calcul parallèle sur une seule puce.