Εάν έχετε κάνει πολλές συγκριτικές αγορές για μια νέα CPU, ίσως έχετε παρατηρήσει ότι όλοι οι πυρήνες φαίνεται να έχουν την ταχύτητα και όχι έναν συνδυασμό διαφορετικών. Γιατί αυτό? Η σημερινή ανάρτηση ερωτηματολογίων SuperUser έχει την απάντηση σε μια ερώτηση περίεργου αναγνώστη.
Η σημερινή συνεδρία Ερωτήσεων & Απαντήσεων μας προσφέρει ευγενική προσφορά του SuperUser - μια υποδιαίρεση του Stack Exchange, μιας ομάδας ιστότοπων Q&A που βασίζεται στην κοινότητα.
Το ερώτημα
Ο αναγνώστης SuperUser Jamie θέλει να μάθει γιατί όλοι οι πυρήνες CPU έχουν την ίδια ταχύτητα αντί για διαφορετικούς:
Σε γενικές γραμμές, εάν αγοράζετε έναν νέο υπολογιστή, θα καθορίσετε ποιος επεξεργαστής θα αγοράσει με βάση τον αναμενόμενο φόρτο εργασίας για τον υπολογιστή. Η απόδοση στα βιντεοπαιχνίδια τείνει να καθορίζεται από την ταχύτητα ενός πυρήνα, ενώ εφαρμογές όπως η επεξεργασία βίντεο καθορίζονται από τον αριθμό των πυρήνων. Όσον αφορά το τι είναι διαθέσιμο στην αγορά, όλοι οι CPU φαίνεται να έχουν περίπου την ίδια ταχύτητα με τις κύριες διαφορές να είναι περισσότερα νήματα ή περισσότεροι πυρήνες.
Για παράδειγμα:
- Intel Core i5-7600K, βασική συχνότητα 3,80 GHz, 4 πυρήνες, 4 νήματα
- Intel Core i7-7700K, βασική συχνότητα 4,20 GHz, 4 πυρήνες, 8 νήματα
- AMD Ryzen 5 1600X, βασική συχνότητα 3,60 GHz, 6 πυρήνες, 12 νήματα
- AMD Ryzen 7 1800X, βασική συχνότητα 3,60 GHz, 8 πυρήνες, 16 νήματα
Γιατί βλέπουμε αυτό το μοτίβο αύξησης πυρήνων, αλλά όλοι οι πυρήνες έχουν την ίδια ταχύτητα ρολογιού; Γιατί δεν υπάρχουν παραλλαγές με διαφορετικές ταχύτητες ρολογιού; Για παράδειγμα, δύο «μεγάλοι» πυρήνες και πολλοί μικροί πυρήνες.
Αντί, ας πούμε, τέσσερις πυρήνες στα 4,0 GHz (δηλ. 4 × 4 GHz, 16 GHz το μέγιστο), τι γίνεται με μια CPU με δύο πυρήνες που λειτουργούν στα 4,0 GHz και τέσσερις πυρήνες που λειτουργούν στα 2,0 GHz (δηλαδή 2 × 4,0 GHz + 4 × 2,0 GHz, μέγιστο 16 GHz); Θα ήταν η δεύτερη επιλογή εξίσου καλή σε φόρμες εργασίας με ένα σπείρωμα, αλλά ενδεχομένως καλύτερη σε φόρτους εργασίας με πολλά νήματα;
Το θέτω ως γενική ερώτηση και όχι συγκεκριμένα όσον αφορά τους επεξεργαστές που αναφέρονται παραπάνω ή για κάποιο συγκεκριμένο φόρτο εργασίας. Είμαι απλώς περίεργος για το γιατί το μοτίβο είναι αυτό που είναι.
Γιατί όλοι οι πυρήνες CPU έχουν την ίδια ταχύτητα αντί για διαφορετικούς;
Η απάντηση
Ο συνεργάτης SuperUser bwDraco έχει την απάντηση για εμάς:
Αυτό είναι γνωστό ως ετερογενής πολλαπλή επεξεργασία (HMP) και υιοθετείται ευρέως από κινητές συσκευές. Σε συσκευές που βασίζονται σε ARM που εφαρμόζονται μεγάλο. ΜΙΚΡΟ , ο επεξεργαστής περιέχει πυρήνες με διαφορετικά προφίλ απόδοσης και ισχύος, δηλαδή ορισμένοι πυρήνες τρέχουν γρήγορα αλλά αντλούν μεγάλη ισχύ (ταχύτερη αρχιτεκτονική ή / και υψηλότερα ρολόγια), ενώ άλλοι είναι ενεργειακά αποδοτικοί αλλά αργοί (πιο αργή αρχιτεκτονική και / ή χαμηλότερα ρολόγια). Αυτό είναι χρήσιμο επειδή η χρήση ισχύος τείνει να αυξάνεται δυσανάλογα καθώς αυξάνετε την απόδοση μόλις ξεπεράσετε ένα συγκεκριμένο σημείο. Η ιδέα εδώ είναι να έχετε απόδοση όταν τη χρειάζεστε και διάρκεια ζωής της μπαταρίας όταν δεν τη χρειάζεστε.
Σε πλατφόρμες επιτραπέζιων υπολογιστών, η κατανάλωση ενέργειας είναι πολύ λιγότερο θέμα, επομένως αυτό δεν είναι πραγματικά απαραίτητο. Οι περισσότερες εφαρμογές αναμένουν ότι κάθε πυρήνας θα έχει παρόμοια χαρακτηριστικά απόδοσης και οι διαδικασίες προγραμματισμού για συστήματα HMP είναι πολύ πιο περίπλοκες από τον προγραμματισμό για παραδοσιακά συμμετρικά συστήματα πολλαπλών επεξεργασιών (SMP) (τεχνικά, τα Windows 10 έχουν υποστήριξη για HMP, αλλά προορίζονται κυρίως για κινητά συσκευές που χρησιμοποιούν ARM big.LITTLE).
Επίσης, οι περισσότεροι επεξεργαστές επιτραπέζιων και φορητών υπολογιστών σήμερα δεν περιορίζονται θερμικά ή ηλεκτρικά στο σημείο όπου ορισμένοι πυρήνες πρέπει να λειτουργούν γρηγορότερα από άλλους, ακόμη και για μικρές εκρήξεις. Βασικά χτυπήσαμε έναν τοίχο πόσο γρήγορα μπορούμε να φτιάξουμε μεμονωμένους πυρήνες , επομένως η αντικατάσταση ορισμένων πυρήνων με πιο αργούς δεν θα επιτρέψει στους υπόλοιπους πυρήνες να τρέχουν γρηγορότερα.
Ενώ υπάρχουν μερικοί επεξεργαστές επιτραπέζιων υπολογιστών που έχουν έναν ή δύο πυρήνες ικανούς να λειτουργούν γρηγορότερα από τους άλλους, αυτή η ικανότητα περιορίζεται προς το παρόν σε ορισμένους επεξεργαστές Intel υψηλού επιπέδου (γνωστοί ως Turbo Boost Max Technology 3.0) και συνεπάγεται μόνο ένα μικρό κέρδος απόδοση για εκείνους τους πυρήνες που μπορούν να τρέξουν γρηγορότερα.
Παρόλο που είναι σίγουρα δυνατό να σχεδιαστεί ένας παραδοσιακός επεξεργαστής x86 με μεγάλους, γρήγορους πυρήνες και μικρότερους, πιο αργούς πυρήνες για βελτιστοποίηση για βαριά φορτία εργασίας, αυτό θα προσθέσει σημαντική πολυπλοκότητα στο σχεδιασμό του επεξεργαστή και οι εφαρμογές είναι απίθανο να το υποστηρίξουν σωστά.
Πάρτε έναν υποθετικό επεξεργαστή με δύο γρήγορα Λίμνη Kaby (7ης γενιάς) πυρήνες και οκτώ αργά Γκόλντμοντ (Atom) πυρήνες. Θα έχετε συνολικά 10 πυρήνες και οι βαρύτητες φόρτωσης εργασίας βελτιστοποιημένες για αυτό το είδος επεξεργαστή μπορεί να έχουν κέρδος στην απόδοση και την απόδοση σε σχέση με έναν κανονικό τετραπύρηνο επεξεργαστή Kaby Lake. Ωστόσο, οι διαφορετικοί τύποι πυρήνων έχουν πολύ διαφορετικά επίπεδα απόδοσης και οι αργοί πυρήνες δεν υποστηρίζουν καν μερικές από τις οδηγίες που υποστηρίζουν οι γρήγοροι πυρήνες, όπως AVX (Το ARM αποφεύγει αυτό το ζήτημα απαιτώντας τόσο τους μεγάλους όσο και τους μικρούς πυρήνες να υποστηρίξουν τις ίδιες οδηγίες).
Και πάλι, οι περισσότερες εφαρμογές πολλαπλών νημάτων που βασίζονται σε Windows υποθέτουν ότι κάθε πυρήνας έχει το ίδιο ή σχεδόν το ίδιο επίπεδο απόδοσης και μπορεί να εκτελέσει τις ίδιες οδηγίες, οπότε αυτό το είδος ασυμμετρίας είναι πιθανό να οδηγήσει σε λιγότερο από την ιδανική απόδοση, ίσως ακόμη και διακόπτεται εάν χρησιμοποιεί οδηγίες που δεν υποστηρίζονται από τους πιο αργούς πυρήνες. Ενώ η Intel θα μπορούσε να τροποποιήσει τους αργούς πυρήνες για να προσθέσει προηγμένη υποστήριξη οδηγιών, έτσι ώστε όλοι οι πυρήνες να μπορούν να εκτελέσουν όλες τις οδηγίες, αυτό δεν θα επιλύσει προβλήματα με την υποστήριξη λογισμικού για ετερογενείς επεξεργαστές.
Μια διαφορετική προσέγγιση στη σχεδίαση εφαρμογών, πιο κοντά σε αυτό που πιθανώς σκέφτεστε στην ερώτησή σας, θα χρησιμοποιούσε το GPU για επιτάχυνση εξαιρετικά παράλληλων τμημάτων εφαρμογών. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας API όπως ΆνοιγμαCL και ΜΑΡΑΚΛΙΑ . Όσον αφορά τη λύση ενός τσιπ, η AMD προωθεί υποστήριξη υλικού για επιτάχυνση GPU στις APU της, η οποία συνδυάζει μια παραδοσιακή CPU και μια ενσωματωμένη GPU υψηλής απόδοσης στο ίδιο τσιπ, όπως Ετερογενής Αρχιτεκτονική Συστήματος , αν και αυτό δεν έχει δείξει μεγάλη απορρόφηση της βιομηχανίας εκτός από μερικές εξειδικευμένες εφαρμογές.
Έχετε κάτι να προσθέσετε στην εξήγηση; Ήχος στα σχόλια. Θέλετε να διαβάσετε περισσότερες απαντήσεις από άλλους χρήστες τεχνολογίας Stack Exchange; Δείτε ολόκληρο το νήμα συζήτησης εδώ .
Πιστωτική εικόνα: Μίρκο Γουόλτερμαν (Flickr)
