Ядра или потоки: выясняем что важнее для процессора

Ядро или поток: понимание того, что для процессора важнее — Блог andpro.ru

Ядра или потоки: выясняем что важнее для процессора

Каждая спецификация процессора содержит информацию о количестве ядер и потоков. Правило «больше — лучше» в данной ситуации никто не отменял, но давайте выясним, в каких задачах виртуальные ядра способны дать заметный прирост производительности, а в каких останутся бесполезными.

Зачем процессору несколько ядер?

Процессор — это центр обработки любого компьютера, планшета, смартфона и даже игровой консоли. Это процессор, который принимает пользовательские команды, введенные в различные приложения и программы, обрабатывает их и распределяет задачи между другими узлами системы: видеокартой, оперативной памятью, твердотельным накопителем .

Вот почему процессор — это мозговой центр любого компьютера, отвечающий за его вычислительную мощность и скорость.

Первые процессоры были одиночными устройствами, которые получали команды и выполняли их в строгом порядке. Ядро позволяло выбирать процессор при покупке только по частоте. Изначально недостаток производительности компенсировался созданием двух- и многопроцессорных конфигураций. В таких сборках команды ввода пользователя обрабатывались первым процессором, а остальные операции распределялись между остальными как можно более равномерно. Для сборки таких систем использовались двухпроцессорные платы или многопроцессорные конфигурации.

На следующем этапе производители создали многоядерную архитектуру, которая позволяет размещать различные вычислительные центры на поверхности, казалось бы, небольшого микрочипа, который на самом деле был независимыми процессорами. Таким образом, в продаже появились двух-, четырех- и восьмиъядерные устройства, которые одновременно обрабатывали несколько потоков информации.

Затем Intel представила техническую способность ядра выполнять две инструкции за цикл в линейке процессоров Pentium, что ознаменовало начало новой эры в компьютерных технологиях: гиперпоточность процессоров. И сейчас специалисты компании активно работают над новой технологией реализации четырех потоков на одном ядре, и в ближайшее время такие процессоры будут представлены широкой публике.

Чем отличаются ядра и потоки

Ядро — это независимый вычислительный блок в архитектуре процессора, который может выполнять линейную последовательность задач в течение определенного периода времени. Если вы загружаете ядро ​​с разными последовательностями задач, оно будет попеременно переключаться между ними, обрабатывая задачу из каждого потока. На системном уровне это приводит к замедлению работы программ и сервисов.

Поток — это программно выделенная область в ядре физического процессора. Эта виртуальная реализация позволяет вам совместно использовать ресурсы ядра и работать параллельно с двумя разными последовательностями инструкций. Таким образом, операционная система воспринимает поток как отдельный вычислительный центр, поэтому ресурсы ядра используются более рационально, а скорость вычислений увеличивается.

Стоит ли ожидать удвоения производительности?

Виртуальное разделение вычислительной мощности процессора на потоки называется гиперпоточностью. На практике это не физическое увеличение количества ядер, поэтому вычислительный потенциал процессора остается постоянным.

Гиперпоточность — это инструмент, который позволяет процессору быстрее выполнять команды операционной системы и распределять вычислительные ресурсы.

Следовательно, удвоение количества потоков по сравнению с количеством ядер может повысить эффективность процессора за счет одновременного выполнения нескольких задач каждым ядром. Но рост, даже по заверениям лидера рынка по производству процессоров Intel, будет в пределах 30%.

Но не стоит переживать по поводу повышенного расхода энергии и чрезмерного нагрева. Поскольку виртуальное разделение осуществляется на производстве, компания рассчитала все рабочие параметры, такие как мощность и TDP, указанные в спецификации.

Что выбирать: ядра или потоки?

Поскольку ядра являются физическими «мозговыми центрами», участвующими в обработке, они несут ответственность за общую производительность центрального процессора. Следовательно, количество ядер, а также частота процессора определяют его производительность.

Но обращает на себя внимание и количество ниток. Возьмем пример:

Двухъядерный процессор с двумя потоками загружается операционной системой с четырьмя параллельными последовательностями команд, например из открытых игр и программ. Команды останутся в четырех «очередях», и ядра будут поочередно выполнять вычисления из каждой. В то же время производительность ядра зачастую слишком высока для обработки команды. Следовательно, часть вычислительного потенциала ядра, а значит и процессора, останется в резерве.

Если мы возьмем аналогичный процессор с двумя ядрами, но уже для четырех потоков, все четыре очереди будут задействованы одновременно, загружая ядра по максимуму. В результате задачи будут решаться быстрее, а простои вычислительной мощности будут устранены.

По сути, это дает нам возможность запускать несколько программ одновременно: работать с документами, слушать музыку, общаться в чате и выполнять поиск в браузере. При этом программы будут работать качественно, быстро, без тормозов и зависаний.

В производственном масштабе несколько потоков с одними и теми же ядрами также должны быть предпочтительны для группировки рабочих станций или серверов. За исключением особых случаев, таких как работа с 1С, когда решающую роль играет тактовая частота, и ряд других приложений, активно использующих стек TCP / IP. В этих случаях распараллеливание приводит к значительной задержке обработки пакетов .

Следовательно, чем больше ядер у процессора, тем выше его производительность и скорость выполнения различных задач. А удвоенное количество потоков позволяет повысить эффективность процессора и максимально использовать его технический потенциал.

В заключение интересное видео от Intel о том, как создают микрочипы.

Руководство: Сколько ядер нужно процессору в вашем компьютере. Современные процессоры для ПК и ноутбуков имеют как минимум два ядра — одноядерные чипы производятся только для сверхкомпактных компьютеров, которые управляют всеми видами электроники и даже не требуют относительно небольшой вычислительной мощности.

Краткие ответы и советы

Если вы ищете процессор для компьютера, который выполняет обычную офисную работу, просматривает Интернет и воспроизводит видео, четырехъядерный чип вполне достаточно. Даже более скромные Intel Core i3 и Ryzen 3 последних поколений являются четырехъядерными. Конечно, можно выбрать очень дешевый Celeron или Athlon — эти линейки по-прежнему производят сверхдешевые процессоры, подходящие для ПК, играющего роль «пишущей машинки». Но лучше обратить внимание на четырехъядерные варианты — проблем с ними точно не будет.

Для домашнего ПК, также используемого для игр, лучший вариант в 2019 году — шестиядерный процессор. Да, многие четырехъядерные процессоры (особенно Core i5 и Core i7 с поддержкой Hyper Threading, о которой мы поговорим чуть позже) отлично подходят для большинства современных игр благодаря достаточно высокой тактовой частоте, но лучше делать это на хоть какие-то основы на будущее. Что ж, восемь ядер — это идеальный вариант, который позволит вам не беспокоиться о замене процессора (и материнской платы — это важно!) Еще много лет.

Рабочие станции, выполняющие серьезные вычисления (3D-рендеринг, нейронные сети, кодирование видео, математика, профессиональная фотография и т.д.), Как правило, оснащены процессорами так называемых High-end Desktop (HEDT). Каждое ядро ​​не так быстро, как ядра игровых ПК высокого класса, но обычно их больше. В связи с тем, что почти все профессиональные программные пакеты отлично справляются с распределением вычислений на процессоре с большим количеством ядер, итоговая производительность в этом случае выше.

В любом случае при выборе конкретной модели необходимо опираться не только на количество ее ядер, но и на результаты независимых тестов производительности, именно в тех видах деятельности, в которых будет использоваться ПК.

Отдельно нужно сказать о ноутбуках. Из-за ограничений, накладываемых компактным корпусом, который не так просто охлаждать, как в корпусах полноценных настольных ПК, их процессоры заметно слабее и часто используют меньше ядер. Двухъядерные Core i3 в бюджетных рабочих ноутбуках вполне подойдут. Однако в этом году в продаже стали появляться очень привлекательные модели с Ryzen, у которых уже есть как минимум четыре достаточно производительных ядра.

Выбирая новый процессор, стоит знать, что это за ядра и на что они влияют. Также рекомендуется изучить архитектуру процессора и работу потоков.

Что такое потоки и на что влияет их количество

Потоки — это виртуальный компонент или код, который разделяет ядро ​​физического процессора на несколько ядер. Одно ядро ​​имеет до 2 потоков.

Например, если процессор двухъядерный, у него будет 4 потока, а если у восьмиъядерного процессора — 16 потоков.

Поток создается активным процессом. Каждый раз, когда приложение открывается, оно создает сам поток, который будет обрабатывать действия этого конкретного приложения. Следовательно, чем больше приложений открыто, тем больше потоков будет создано.

Потоки создаются операционной системой для выполнения задачи для конкретного приложения. Они управляются планировщиком, который является стандартной частью каждой операционной системы.

В ядре есть поток (код того ядра, которое выполняет вычисления, также известный как основной поток), который, когда получает информацию от пользователя, создает другой поток и назначает ему задачу. Аналогичным образом, если он получает другую инструкцию, он порождает второй поток и назначает ему задачу, тем самым создавая многопоточность.

Потоки стали жизненно важной частью вычислительной мощности, поскольку они позволяют выполнять несколько задач одновременно. Это улучшает производительность компьютера, а также делает его способным к многозадачности. Благодаря этой технологии становится возможным одновременно просматривать веб-страницы, слушать музыку и загружать файлы в фоновом режиме.

Сделать правильный выбор на самом деле не так сложно, как кажется. Вот на что обращать внимание при выборе процессора.

Общая производительность компьютера

Споры о том, насколько процессор влияет на общую мощность ПК, ведутся с тех пор, как появились первые «штаммы». Мы считаем, что центральный процессор является ключевым звеном между всеми компонентами. Судите сами: иметь высокоскоростной SSD и двухъядерный проц бесполезно. Вы просто не почувствуете толчка от быстрого диска из-за того, что ЦП не сможет быстро обрабатывать даже самые простые команды операционной системы.

То же самое и с визуальной составляющей: неважно, насколько мощная видеокарта установлена, если игровой мир постоянно вылетает и зависает. Комфорт во время игры в первую очередь и только после FPS. В хозяйственной деятельности картина не сильно меняется: 64 ГБ ОЗУ не помогут быстро рендерить проект на допотопном процессоре.

Как видите, любая деятельность требует мощного процессора. Остальные компоненты только дополняют его. Поэтому, если вы планируете обновить или собрать свой компьютер с нуля, мы рекомендуем начать с ЦП. К тому же это далеко не самый дорогой компонент на данный момент. По доступной цене можно выбрать модель, которой хватит практически на любые нужды.

Регуляторы напряжения для питания современных процессоров Intel Pentium и AMD

Особенности многоканальных регуляторов

При использовании многоканальных стабилизаторов напряжения возникает ряд проблем, которые необходимо решить разработчикам материнских плат. Дело в том, что каждый канал представляет собой импульсный регулятор, который, переключаясь с высокой частотой, создает на своем выходе импульсы тока. Эти импульсы, конечно, нужно сглаживать, и для этого используются электролитические конденсаторы и индуктивности. Но дело в том, что из-за большой токовой нагрузки, емкости конденсаторов и индуктивности катушек все равно не хватает для создания действительно постоянного напряжения, из-за чего на шине питания процессора наблюдаются пульсации (Рис.11). Кроме того, ни увеличение количества конденсаторов, ни увеличение емкости конденсаторов и индуктивности индуктивностей, ни увеличение частоты преобразования (если не говорить об увеличении частоты в несколько раз) не щадят от эта рябь. Конечно, такая рябь может привести к нестабильной работе процессора.

Рис.11

Выход из проблемы был найден в использовании архитектуры многоканального регулятора напряжения. Но решить проблему простым использованием нескольких параллельных каналов не удастся. Необходимо убедиться, что переключатели разных каналов переключаются с одним фазовым сдвигом, т.е они должны открываться по одному. Это гарантирует, что каждый канал поддерживает выходной ток регулятора в течение строго определенного периода времени. Другими словами, сглаживающие конденсаторы будут заряжаться постоянно, но по разным каналам в разное время. Так, например, при использовании 4-канального регулятора выходные конденсаторы перезаряжаются четыре раза за тактовый период контроллера, то есть импульсные токи отдельных каналов не совпадают по фазе друг с другом на 90 ° (см.рис. 12). Это соответствует увеличению частоты преобразования в 4 раза, и если частота переключения транзисторов каждого канала составляет 0,5 МГц, частота импульсов на сглаживающем конденсаторе будет уже 2 МГц.

Рис.12

Следовательно, импульсы ШИМ, которые формируются на выходе микросхемы главного контроллера (выходные сигналы ШИМ), должны следовать определенному фазовому сдвигу, и этот сдвиг фазы определяется внутренней архитектурой микросхемы и задается, как правило, уже на этапе проектирования микросхемы. Но некоторые контроллеры позволяют настраивать их для разных режимов работы: 2-фазное, 3-фазное или 4-фазное управление (как это сделать, можно узнать в описаниях самих контроллеров).