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]
La ley de Moore , llamada así en honor a Gordon Moore , es la observación y proyección a través de una 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]
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 de manera eficiente operaciones gráficas de computadora , 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 entran 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]