En informática e informática , un procesador o unidad de procesamiento es un componente eléctrico ( circuito digital ) que realiza operaciones en una fuente de datos externa, generalmente memoria o algún otro flujo de datos. [1] Por lo general, toma la forma de un microprocesador , que puede implementarse en uno o varios chips de circuito integrado semiconductores de óxido metálico 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 de gráficos (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 hoja 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 de encendido o apagado. [14] [15]
La ley de Moore , llamada así en honor a Gordon Moore , es la observación y proyección mediante tendencia histórica de que el número de transistores en los circuitos integrados, y por 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]
Las unidades centrales de procesamiento (CPU) son los procesadores principales en la mayoría de las computadoras. Están diseñados para manejar una amplia variedad de tareas informáticas generales en lugar de sólo unas pocas tareas específicas de un dominio. Si se basan en la arquitectura von Neumann , contienen al menos una unidad de control (CU), una unidad aritmética lógica (ALU) y registros de procesador . En la práctica, las CPU de los ordenadores personales suelen estar también conectadas, a través de la placa base , a un banco de memoria principal , disco duro u otro almacenamiento permanente , y a periféricos , como un teclado y un ratón .
Las unidades de procesamiento de gráficos (GPU) están presentes en muchas computadoras y están diseñadas para realizar de manera eficiente operaciones de gráficos por computadora , incluido el álgebra lineal . Son muy paralelos y las CPU suelen funcionar mejor en tareas que requieren procesamiento en serie. Aunque originalmente las GPU estaban destinadas a 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 para el aprendizaje automático. Estos entran en la categoría de aceleradores de IA (también conocidos como unidades de procesamiento neuronal o NPU) e incluyen unidades de procesamiento de visión (VPU) y la Unidad de procesamiento tensorial (TPU) de Google .
Los chips de sonido y las 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 señal de imagen son DSP especializados en el procesamiento de imágenes en particular.
Los procesadores de aprendizaje profundo , como las unidades de procesamiento neuronal, están diseñados para una computación 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 videojuegos. [19]
Los conjuntos de puertas programables en campo (FPGA) son circuitos especializados que se pueden reconfigurar para diferentes propósitos, en lugar de estar encerrados en un dominio de aplicación particular durante la fabricación.
El elemento o unidad de procesamiento sinérgico (SPE o SPU) es un componente del microprocesador celular .
Se han desarrollado procesadores basados en diferentes tecnologías de circuitos. Un ejemplo son los procesadores cuánticos , que utilizan la física cuántica para habilitar algoritmos que son imposibles en las computadoras clásicas (aquellas que usan circuitos tradicionales). Otro ejemplo son los procesadores fotónicos, que utilizan la 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]