Многоя́дерный проце́ссор - центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе.
Среди многоядерных процессоров к данному моменту можно выделить
*процессоры, предназначенные в основном для встраиваемых и мобильных приложений, в которых большое внимание разработчиков было уделено средствам и методам снижения энергопотребления (SEAforth (SEAforth24, seaforth40), Tile (Tile36, Tile64, Tile64pro), AsAP-II, CSX700);
*процессоры для вычислительных или графических станций, где вопросы энергопотребления не столь критичны (графические процессоры, например, процессоры серии g80 от NVIDIA, проект Larrabee от Intel, отчасти сюда можно отнести и процессор Cell от IBM, хотя количество вычислительных ядер у него относительно невысоко);
* процессоры т.н. мейнстрима - предназначенные для серверных, рабочих станций и персональных компьютеров (AMD, Intel, Sun);
- Количество ядер (Количество ядер. Ядро (core) – кристалл кремния площадью примерно один квадратный сантиметр, на котором посредством микроскопических логических элементов реализована принципиальная схема процессора, так называемая архитектура. Каждое ядро воспринимается системой как отдельный, самостоятельный процессоров, со всем необходимым набором функций.)
Тактовая частота (такт - элементарная операция в секунду, которую может выполнить процессор. Следовательно, количество тактов - это показатель, сколько операций в секунду времени способен обработать процессор. Единицей измерения этого параметра являются гигагерцы ГГц.)
Кеш-память (память, непосредственно встроенная в процессор, и используемая для хранения и обращения к часто используемым данным, называется кеш-память. Она делиться на несколько уровней - L1, L2 и L3. Вышестоящий уровень кеш-памяти имеет больший объем, но менее скоростной доступ к данным.)
Разрядность (определяет количество информации, которой может обменяться процессор с оперативной памятью за один такт. Параметр этот измеряется в битах. Параметр разрядности влияет на объем возможной оперативной памяти - 32-х битный процессор может работать только с 4 Гб оперативной памяти.)
Производительность
Потребляемая мощность
Размеры
Стоимость
Классы задач, на которые рассчитаны
Сравнительные характеристики производительности процессоров, потребляемой мощности и скоростей обмена данными представлены в таблицах
(Мфлопс - миллион операций с плавающей точкой в секунду)
Немалый вклад в общую производительность процессора и эффективность его работы вкладывает и структура межъядерных связей и организация подсистемы памяти, в частности кэш-памяти
Процессор CSX700
Архитектура процессора CSX700 была разработана для решения так называемой проблемы массо-габаритных показателей и потребляемой мощности (Size, Weight and Power (SWAP)), которая, как правило, является основной для встраиваемых высокопроизводительных приложений. Путем интегрирования процессоров, системных интерфейсов и встроенной памяти с коррекцией ошибок, CSX700 представляет собой достаточно экономичное, надежное и производительное решение, отвечающее требованиям современных приложений.
Архитектура процессора оптимизирована для работы с применением массового параллелизма данных и спроектирована с высокой степенью эффективности и надежности. Архитектура нацелена на интеллектуальную обработку сигналов и обработку изображений во временной и частотной областях.
Кристалл CSX700 содержит 192 высокопроизводительных процессорных ядра, встроенную буферную память размером 256 кбайт (два банка по 128 кбайт), кэш данных и кэш команд, ECC-защиту внутренней и внешней памяти, встроенный контроллер прямого доступа в память. Для обеспечения накристаль-ной и межкристальной сети используется технология ClearConnect NoC (рис. 11).
Процессор состоит из двух относительно независимых модулей MTAP (MultiThreaded Array Processor - многопотоковый процессорный массив), содержащих кэши инструкций, данных, блоки управления процессорными элементами, и набор из 96 вычислительных ядер (рис. 12).
Рис. 12. Структура MTAP-блока
Каждое ядро имеет двойной блок вычислений с плавающей точкой (сложение, умножение, деление, вычисление квадратного корня, поддерживаются числа одинарной и двойной точности), 6 кбайт высокопроизводительной оперативной памяти, 128-байтный регистровый файл. Поддерживается 64-битное виртуальное адресное пространство и 48-битное реальное.
Технические характеристики процессора:
тактовая частота ядер 250 MГц;
96 ГФлоп для данных двойной или одинарной точности;
поддерживает 75 ГФлоп при тесте перемножения матриц двойной точности (DGEMM);
производительность целочисленных операций 48 ШАОс;
рассеиваемая мощность 9 Вт;
пропускная способность внутренних шин памяти 192 Гбайт/с;
две внешние шины памяти 4 Гбайт/с;
скорость обмена данными между отдельными процессорами 4 Гбайт/с;
интерфейсы PCIe, 2·DDR2 DRAM (64 бита).
Разработанный для систем с низким энергопотреблением, данный процессор работает на относительно низкой тактовой частоте и имеет механизм управления частотой, который позволяет регулировать производительность приложений в условиях определенного энергопотребления и теплового окружения.
CSX700 поддерживается профессиональной средой разработки (SDK) на основе технологии Eclipse с визуальными средствами отладки приложений, базирующейся на оптимизированном компиляторе ANSI C с расширениями для параллельного программирования. В дополнение к стандартной библиотеке С идет набор оптимизированных библиотек с такими функциями, как БПФ, BLAS, LAPACK и др.
Современные процессоры Intel и AMD
Современный рынок процессоров делят два главных конкурента – Intel и AMD.
Процессоры от компании Intel, сегодня считаются самыми производительными, благодаря семейству Core i7 Extreme Edition. В зависимости от модели они могут иметь до 6 ядер одновременно, тактовую частоту до 3300 МГц и до 15 Мб кэш памяти L3. Самые популярные ядра в сегменте настольных процессоров создаются на основе Intel - Ivy Bridge и Sandy Bridge.
В процессорах компании Intel применяются фирменные технологии собственной разработки для повышения эффективности работы системы.
1. Hyper Threading - За счет этой технологии, каждое физическое ядро процессора способно обрабатывать по два потока вычислений одновременно, получается, что число логических ядер фактически удваивается.
2. Turbo Boost - Позволяет пользователю совершить автоматический разгон процессора, не превышая при этом максимально допустимый предел рабочей температуры ядер.
3. Intel QuickPath Interconnect (QPI) - Кольцевая шина QPI соединяет все компоненты процессора, за счет этого сводятся к минимуму все возможные задержки при обмене информацией.
4. Visualization Technology - Аппаратная поддержка решений виртуализации.
5. Intel Execute Disable Bit - Практически антивирусная программа, она обеспечивает аппаратную защиту от возможных вирусных атак, в основе которых лежит технология переполнения буфера.
6. Intel SpeedStep-Инструмент позволяющий изменять уровень напряжения и частоты в зависимости от создаваемой нагрузки на процессор.
Core i7 – на данный момент топовая линия компании
Core i5 – отличаются высокой производительностью
Core i3 – невысокая цена, высокая/средняя производительность
Самые быстрые процессоры фирмы AMD все же медленнее, чем самые быстрые процессоры Intel (данные на ноябрь 2010). Но благодаря своему хорошему соотношению цены и качества, процессоры AMD, в основном для настольных ПК, являются прекрасной альтернативой процессорам Intel.
Для процессоров Athlon II и Phenom II важным является не только тактовая частота, но и количество ядер процессора. Athlon II и Phenom II в зависимости от модели могут иметь два три или четыре ядра. Модель с шестью ядрами – только серия Highend Phenom II.
Большинство современных процессоров созданных компанией AMD по умолчанию поддерживают следующие технологии:
1. AMD Turbo CORE - Эта технология призвана автоматически регулировать производительность всех ядер процессора, за счет управляемого разгона (подобная технология у компании Intel имеет название TurboBoost).
2. AVX (Advanced Vector Extensions), ХОР и FMA4 - Инструмент, имеющий расширенный набор команд, специально созданных для работы с числами с плавающей точкой. Однозначно полезный инструментарий.
3. AES (Advanced Encryption Standard) - В программных приложениях использующих шифрование данных, повышает производительность.
4. AMD Visualization (AMD-V) - Эта технология виртуализации, помогает обеспечить разделение ресурсов одного компьютера между несколькими виртуальными машинами.
5. AMD PowcrNow! - Технология управления питанием. Она помогают пользователю добиться повышения производительности, за счет динамической активации и деактивации части процессора.
6. NX Bit - Уникальная антивирусная технология, помогающая предотвратить инфицирование персонального компьютера определенными видами вредоносных программ.
Использование в ГИС
Геоинформационные системы - многофункциональные средства анализа сведенных воедино табличных, текстовых и картографических данных, демографической, статистической, земельной, муниципальной, адресной и другой информации. Многоядерные процессоры необходимы для быстрой обработки различных видов информации, так как они значительно ускоряют и распределяют работу программ.
ВЫВОД
Переход к многоядерным процессорам становится основным направлением повышения производительности. На данный момент самым распространенным считается 4-х и 6-и ядерные процессоры. Каждое ядро воспринимается системой как отдельный, самостоятельный процессоров, со всем необходимым набором функций. Технология многоядерных процессоров, позволила распараллелить операции вычисления, вследствие чего повысился показатель быстродействия ПК.
http://www.intuit.ru/department/hardware/mcoreproc/15/
http://kit-e.ru/articles/build_in_systems/2010_2_92.php
http://softrew.ru/instructions/266-sovremennye-processory.html
http://it-notes.info/centralnyj-processor/
http://www.mediamarkt.ru/mp/article/AMD,847020.html
Преимущества многоядерных процессоров
Возможность распределять работу программ, например, основных задач приложений и фоновых задач операционной системы, по нескольким ядрам;
Увеличение скорости работы программ;
Процессы, требующие интенсивных вычислений, протекают намного быстрее;
Более эффективное использование требовательных к вычислительным ресурсам мультимедийных приложений (например, видеоредакторов);
Снижение энергопотребления;
Работа пользователя ПК становится более комфортной;
- Tutorial
В этой статье я попытаюсь описать терминологию, используемую для описания систем, способных исполнять несколько программ параллельно, то есть многоядерных, многопроцессорных, многопоточных. Разные виды параллелизма в ЦПУ IA-32 появлялись в разное время и в несколько непоследовательном порядке. Во всём этом довольно легко запутаться, особенно учитывая, что операционные системы заботливо прячут детали от не слишком искушённых прикладных программ.
Цель статьи - показать, что при всём многообразии возможных конфигураций многопроцессорных, многоядерных и многопоточных систем для программ, исполняющихся на них, создаются возможности как для абстракции (игнорирования различий), так и для учёта специфики (возможность программно узнать конфигурацию).
Предупреждение о знаках ®, ™, в статье
Мой комментарий объясняет, почему сотрудники компаний должны в публичных коммуникациях использовать знаки авторского права. В этой статье их пришлось использовать довольно часто.
Процессор
Конечно же, самый древний, чаще всего используемый и неоднозначный термин - это «процессор».В современном мире процессор - это то (package), что мы покупаем в красивой Retail коробке или не очень красивом OEM-пакетике. Неделимая сущность, вставляемая в разъём (socket) на материнской плате. Даже если никакого разъёма нет и снять его нельзя, то есть если он намертво припаян, это один чип.
Мобильные системы (телефоны, планшеты, ноутбуки) и большинство десктопов имеют один процессор. Рабочие станции и сервера иногда могут похвастаться двумя или больше процессорами на одной материнской плате.
Поддержка нескольких центральных процессоров в одной системе требует многочисленных изменений в её дизайне. Как минимум, необходимо обеспечить их физическое подключение (предусмотреть несколько сокетов на материнской плате), решить вопросы идентификации процессоров (см. далее в этой статье, а также мою предыдущую заметку), согласования доступов к памяти и доставки прерываний (контроллер прерываний должен уметь маршрутизировать прерывания на несколько процессоров) и, конечно же, поддержки со стороны операционной системы. Я, к сожалению, не смог найти документального упоминания момента создания первой многопроцессорной системы на процессорах Intel, однако Википедия утверждает , что Sequent Computer Systems поставляла их уже в 1987 году, используя процессоры Intel 80386. Широко распространённой поддержка же нескольких чипов в одной системе становится доступной, начиная с Intel® Pentium.
Если процессоров несколько, то каждый из них имеет собственный разъём на плате. У каждого из них при этом имеются полные независимые копии всех ресурсов, таких как регистры, исполняющие устройства, кэши. Делят они общую память - RAM. Память может подключаться к ним различными и довольно нетривиальными способами, но это отдельная история, выходящая за рамки этой статьи. Важно то, что при любом раскладе для исполняемых программ должна создаваться иллюзия однородной общей памяти, доступной со всех входящих в систему процессоров.
К взлёту готов! Intel® Desktop Board D5400XS
Ядро
Исторически многоядерность в Intel IA-32 появилась позже Intel® HyperThreading, однако в логической иерархии она идёт следующей.Казалось бы, если в системе больше процессоров, то выше её производительность (на задачах, способных задействовать все ресурсы). Однако, если стоимость коммуникаций между ними слишком велика, то весь выигрыш от параллелизма убивается длительными задержками на передачу общих данных. Именно это наблюдается в многопроцессорных системах - как физически, так и логически они находятся очень далеко друг от друга. Для эффективной коммуникации в таких условиях приходится придумывать специализированные шины, такие как Intel® QuickPath Interconnect. Энергопотребление, размеры и цена конечного решения, конечно, от всего этого не понижаются. На помощь должна прийти высокая интеграция компонент - схемы, исполняющие части параллельной программы, надо подтащить поближе друг к другу, желательно на один кристалл. Другими словами, в одном процессоре следует организовать несколько ядер , во всём идентичных друг другу, но работающих независимо.
Первые многоядерные процессоры IA-32 от Intel были представлены в 2005 году. С тех пор среднее число ядер в серверных, десктопных, а ныне и мобильных платформах неуклонно растёт.
В отличие от двух одноядерных процессоров в одной системе, разделяющих только память, два ядра могут иметь также общие кэши и другие ресурсы, отвечающие за взаимодействие с памятью. Чаще всего кэши первого уровня остаются приватными (у каждого ядра свой), тогда как второй и третий уровень может быть как общим, так и раздельным. Такая организация системы позволяет сократить задержки доставки данных между соседними ядрами, особенно если они работают над общей задачей.
Микроснимок четырёхядерного процессора Intel с кодовым именем Nehalem. Выделены отдельные ядра, общий кэш третьего уровня, а также линки QPI к другим процессорам и общий контроллер памяти.
Гиперпоток
До примерно 2002 года единственный способ получить систему IA-32, способную параллельно исполнять две или более программы, состоял в использовании именно многопроцессорных систем. В Intel® Pentium® 4, а также линейке Xeon с кодовым именем Foster (Netburst) была представлена новая технология - гипертреды или гиперпотоки, - Intel® HyperThreading (далее HT).Ничто не ново под луной. HT - это частный случай того, что в литературе именуется одновременной многопоточностью (simultaneous multithreading, SMT). В отличие от «настоящих» ядер, являющихся полными и независимыми копиями, в случае HT в одном процессоре дублируется лишь часть внутренних узлов, в первую очередь отвечающих за хранение архитектурного состояния - регистры. Исполнительные же узлы, ответственные за организацию и обработку данных, остаются в единственном числе, и в любой момент времени используются максимум одним из потоков. Как и ядра, гиперпотоки делят между собой кэши, однако начиная с какого уровня - это зависит от конкретной системы.
Я не буду пытаться объяснить все плюсы и минусы дизайнов с SMT вообще и с HT в частности. Интересующийся читатель может найти довольно подробное обсуждение технологии во многих источниках, и, конечно же, в Википедии . Однако отмечу следующий важный момент, объясняющий текущие ограничения на число гиперпотоков в реальной продукции.
Ограничения потоков
В каких случаях наличие «нечестной» многоядерности в виде HT оправдано? Если один поток приложения не в состоянии загрузить все исполняющие узлы внутри ядра, то их можно «одолжить» другому потоку. Это типично для приложений, имеющих «узкое место» не в вычислениях, а при доступе к данным, то есть часто генерирующих промахи кэша и вынужденных ожидать доставку данных из памяти. В это время ядро без HT будет вынуждено простаивать. Наличие же HT позволяет быстро переключить свободные исполняющие узлы к другому архитектурному состоянию (т.к. оно как раз дублируется) и исполнять его инструкции. Это - частный случай приёма под названием latency hiding, когда одна длительная операция, в течение которой полезные ресурсы простаивают, маскируется параллельным выполнением других задач. Если приложение уже имеет высокую степень утилизации ресурсов ядра, наличие гиперпотоков не позволит получить ускорение - здесь нужны «честные» ядра.Типичные сценарии работы десктопных и серверных приложений, рассчитанных на машинные архитектуры общего назначения, имеют потенциал к параллелизму, реализуемому с помощью HT. Однако этот потенциал быстро «расходуется». Возможно, по этой причине почти на всех процессорах IA-32 число аппаратных гиперпотоков не превышает двух. На типичных сценариях выигрыш от использования трёх и более гиперпотоков был бы невелик, а вот проигрыш в размере кристалла, его энергопотреблении и стоимости значителен.
Другая ситуация наблюдается на типичных задачах, выполняемых на видеоускорителях. Поэтому для этих архитектур характерно использование техники SMT с бóльшим числом потоков. Так как сопроцессоры Intel® Xeon Phi (представленные в 2010 году) идеологически и генеалогически довольно близки к видеокартам, на них может быть четыре гиперпотока на каждом ядре - уникальная для IA-32 конфигурация.
Логический процессор
Из трёх описанных «уровней» параллелизма (процессоры, ядра, гиперпотоки) в конкретной системе могут отсутствовать некоторые или даже все. На это влияют настройки BIOS (многоядерность и многопоточность отключаются независимо), особенности микроархитектуры (например, HT отсутствовал в Intel® Core™ Duo, но был возвращён с выпуском Nehalem) и события при работе системы (многопроцессорные сервера могут выключать отказавшие процессоры в случае обнаружения неисправностей и продолжать «лететь» на оставшихся). Каким образом этот многоуровневый зоопарк параллелизма виден операционной системе и, в конечном счёте, прикладным приложениям?Далее для удобства обозначим количества процессоров, ядер и потоков в некоторой системе тройкой (x , y , z ), где x - это число процессоров, y - число ядер в каждом процессоре, а z - число гиперпотоков в каждом ядре. Далее я буду называть эту тройку топологией - устоявшийся термин, мало что имеющий с разделом математики. Произведение p = xyz определяет число сущностей, именуемых логическими процессорами системы. Оно определяет полное число независимых контекстов прикладных процессов в системе с общей памятью, исполняющихся параллельно, которые операционная система вынуждена учитывать. Я говорю «вынуждена», потому что она не может управлять порядком исполнения двух процессов, находящихся на различных логических процессорах. Это относится в том числе к гиперпотокам: хотя они и работают «последовательно» на одном ядре, конкретный порядок диктуется аппаратурой и недоступен для наблюдения или управления программам.
Чаще всего операционная система прячет от конечных приложений особенности физической топологии системы, на которой она запущена. Например, три следующие топологии: (2, 1, 1), (1, 2, 1) и (1, 1, 2) - ОС будет представлять в виде двух логических процессоров, хотя первая из них имеет два процессора, вторая - два ядра, а третья - всего лишь два потока.
Windows Task Manager показывает 8 логических процессоров; но сколько это в процессорах, ядрах и гиперпотоках?
Linux top показывает 4 логических процессора.
Это довольно удобно для создателей прикладных приложений - им не приходится иметь дело с зачастую несущественными для них особенностями аппаратуры.
Программное определение топологии
Конечно, абстрагирование топологии в единственное число логических процессоров в ряде случаев создаёт достаточно оснований для путаницы и недоразумений (в жарких Интернет-спорах). Вычислительные приложения, желающие выжать из железа максимум производительности, требуют детального контроля над тем, где будут размещены их потоки: поближе друг к другу на соседних гиперпотоках или же наоборот, подальше на разных процессорах. Скорость коммуникаций между логическими процессорами в составе одного ядра или процессора значительно выше, чем скорость передачи данных между процессорами. Возможность неоднородности в организации оперативной памяти также усложняет картину.Информация о топологии системы в целом, а также положении каждого логического процессора в IA-32 доступна с помощью инструкции CPUID. С момента появления первых многопроцессорных систем схема идентификации логических процессоров несколько раз расширялась. К настоящему моменту её части содержатся в листах 1, 4 и 11 CPUID. Какой из листов следует смотреть, можно определить из следующей блок-схемы, взятой из статьи :
Я не буду здесь утомлять всеми подробностями отдельных частей этого алгоритма. Если возникнет интерес, то этому можно посвятить следующую часть этой статьи. Отошлю интересующегося читателя к , в которой этот вопрос разбирается максимально подробно. Здесь же я сначала кратко опишу, что такое APIC и как он связан с топологией. Затем рассмотрим работу с листом 0xB (одиннадцать в десятичном счислении), который на настоящий момент является последним словом в «апикостроении».
APIC ID
Local APIC (advanced programmable interrupt controller) - это устройство (ныне входящее в состав процессора), отвечающее за работу с прерываниями, приходящими к конкретному логическому процессору. Свой собственный APIC есть у каждого логического процессора. И каждый из них в системе должен иметь уникальное значение APIC ID. Это число используется контроллерами прерываний для адресации при доставке сообщений, а всеми остальными (например, операционной системой) - для идентификации логических процессоров. Спецификация на этот контроллер прерываний эволюционировала, пройдя от микросхемы Intel 8259 PIC через Dual PIC, APIC и xAPIC к x2APIC .В настоящий момент ширина числа, хранящегося в APIC ID, достигла полных 32 бит, хотя в прошлом оно было ограничено 16, а ещё раньше - только 8 битами. Нынче остатки старых дней раскиданы по всему CPUID, однако в CPUID.0xB.EDX возвращаются все 32 бита APIC ID. На каждом логическом процессоре, независимо исполняющем инструкцию CPUID, возвращаться будет своё значение.
Выяснение родственных связей
Значение APIC ID само по себе ничего не говорит о топологии. Чтобы узнать, какие два логических процессора находятся внутри одного физического (т.е. являются «братьями» гипертредами), какие два - внутри одного процессора, а какие оказались и вовсе в разных процессорах, надо сравнить их значения APIC ID. В зависимости от степени родства некоторые их биты будут совпадать. Эта информация содержится в подлистьях CPUID.0xB, которые кодируются с помощью операнда в ECX. Каждый из них описывает положение битового поля одного из уровней топологии в EAX (точнее, число бит, которые нужно сдвинуть в APIC ID вправо, чтобы убрать нижние уровни топологии), а также тип этого уровня - гиперпоток, ядро или процессор, - в ECX.
У логических процессоров, находящихся внутри одного ядра, будут совпадать все биты APIC ID, кроме принадлежащих полю SMT. Для логических процессоров, находящихся в одном процессоре, - все биты, кроме полей Core и SMT. Поскольку число подлистов у CPUID.0xB может расти, данная схема позволит поддержать описание топологий и с бóльшим числом уровней, если в будущем возникнет необходимость. Более того, можно будет ввести промежуточные уровни между уже существующими.
Важное следствие из организации данной схемы заключается в том, что в наборе всех APIC ID всех логических процессоров системы могут быть «дыры», т.е. они не будут идти последовательно. Например, во многоядерном процессоре с выключенным HT все APIC ID могут оказаться чётными, так как младший бит, отвечающий за кодирование номера гиперпотока, будет всегда нулевым.
Отмечу, что CPUID.0xB - не единственный источник информации о логических процессорах, доступный операционной системе. Список всех процессоров, доступный ей, вместе с их значениями APIC ID, кодируется в таблице MADT ACPI .
Операционные системы и топология
Операционные системы предоставляют информацию о топологии логических процессоров приложениям с помощью своих собственных интерфейсов.В Linux информация о топологии содержится в псевдофайле /proc/cpuinfo , а также выводе команды dmidecode . В примере ниже я фильтрую содержимое cpuinfo на некоторой четырёхядерной системе без HT, оставляя только записи, относящиеся к топологии:
Скрытый текст
ggg@shadowbox:~$ cat /proc/cpuinfo |grep "processor\|physical\ id\|siblings\|core\|cores\|apicid"
processor: 0
physical id: 0
siblings: 4
core id: 0
cpu cores: 2
apicid: 0
initial apicid: 0
processor: 1
physical id: 0
siblings: 4
core id: 0
cpu cores: 2
apicid: 1
initial apicid: 1
processor: 2
physical id: 0
siblings: 4
core id: 1
cpu cores: 2
apicid: 2
initial apicid: 2
processor: 3
physical id: 0
siblings: 4
core id: 1
cpu cores: 2
apicid: 3
initial apicid: 3
В FreeBSD топология сообщается через механизм sysctl в переменной kern.sched.topology_spec в виде XML:
Скрытый текст
user@host:~$ sysctl kern.sched.topology_spec
kern.sched.topology_spec:
В MS Windows 8 сведения о топологии можно увидеть в диспетчере задач Task Manager.
Процессор в мобильном телефоне. Характеристики и их значение
Индустрия смартфонов с каждым днем прогрессирует, и, как результат, пользователи получают всё более новые, современные и мощные гаджеты. Все производители смартфонов стремятся сделать свое творение особенным и незаменимым. Поэтому на сегодняшний день большое внимание уделяется разработке и производству процессоров для смартфонов.
Наверняка, у многих любителей «умных телефонов» не раз возникал вопрос, что такое процессор, и какие его основные функции? А также, несомненно, покупателей интересует, что обозначают все эти циферки и буквы в названии чипа.
Предлагаем немного ознакомиться с понятием «процессор для смартфона»
.
Процессор в смартфоне - это самая сложная деталь и отвечает она за все вычисления, производимые устройством. По сути, говорить, что в смартфоне используется процессор, неправильно, так как процессоры как таковые в мобильных устройствах не используются. Процессор вместе с другими компонентами образуют SoC (System on a chip – система на кристалле), а это значит, что на одной микросхеме находится полноценный компьютер с процессором, графическим ускорителем и другими компонентами.
Если речь заходит о процессоре, то сперва надо разобраться с таким понятием, как «архитектура процессора» . Современные смартфоны используют процессоры на архитектуре ARM, разработкой которой занимается одноименная компания ARM Limited. Можно сказать, что архитектура - это некий набор свойств и качеств, присущий целому семейству процессоров. Компании Qualcomm, Nvidia, Samsung, MediaTek, Apple и другие, занимающиеся производством процессоров, лицензируют технологию у ARM и затем продают готовые чипы производителям смартфонов или же используют их в собственных устройствах. Производители чипов лицензируют у ARM отдельные ядра, наборы инструкций и сопутствующие технологии. Компания ARM Limited не производит процессоры, а только продает лицензии на свои технологии другим производителям.
Сейчас давайте рассмотрим такие понятия, как ядро и тактовая частота, которые всегда встречаются в обзорах и статьях о смартфонах и телефонах, когда речь идет о процессоре.
Ядро
Начнем с вопроса, а что такое ядро? Ядро – это элемент чипа, который определяет производительность, энергопотребление и тактовую частоту процессора. Очень часто мы сталкиваемся с понятием двухъядерный или четырехъядерный процессор. Давайте разберемся, что же это значит.
Двухъядерный или четырехъядерный процессор – в чем разница?
Очень часто покупатели думают, что двухъядерный процессор в два раза мощнее, чем одноядерный, а четырехъядерный, соответственно, в четыре раза. А теперь мы расскажем вам правду. Казалось бы, вполне логично, что переход с одного ядра к двум, а с двух к четырем увеличивает производительность, но на самом деле редко когда эта мощность возрастает в два или четыре раза. Увеличение количества ядер позволяет ускорить работу девайса за счет перераспределения выполняемых процессов. Но большинство современных приложений являются однопотоковыми и поэтому одновременно могут использовать только одно или два ядра. Естественно возникает вопрос, для чего тогда четырехъядерный процессор? Многоядерность, в основном, используется продвинутыми играми и приложениями по редактированию мультимедийных файлов. А это значит, что если вам нужен смартфон для игр (трехмерные игры) или съемки Full HD видео, то необходимо приобретать аппарат с четырехъядерным процессором. Если же программа сама по себе не поддерживает многоядерность и не требует затраты больших ресурсов, то неиспользуемые ядра автоматически отключаются для экономии заряда батареи. Часто для самых неприхотливых задач используется пятое ядро-компаньон, например, для работы устройства в спящем режиме или при проверке почты.
Если вам нужен обыкновенный смартфон для общения, интернет-серфинга, проверки почты или для того, чтобы быть в курсе всех последних новостей, то вам вполне подойдет и двухъядерный процессор. Да и зачем платить больше? Ведь количество ядер прямо влияет на цену устройства.
Тактовая частота
Следующее понятие, с которым нам предстоит познакомиться - это тактовая частота. Тактовая частота – это характеристика процессора, которая показывает, сколько тактов способен отработать процессор за единицу времени (одну секунду). Например, если в характеристиках устройства указана частота 1,7 ГГц - это значит, что за 1 секунду его процессор осуществит 1 700 000 000 (1 миллиард 700 миллионов) тактов .
В зависимости от операции, а также типа чипа, количество тактов, затрачиваемое на выполнение чипом одной задачи, может отличаться. Чем выше тактовая частота, тем выше скорость работы. Особенно эта разница чувствуется, если сравнивать одинаковые ядра, работающие на разной частоте.
Иногда производитель ограничивает тактовую частоту с целью уменьшения энергопотребления, потому как чем выше скорость процессора, тем больше энергии он потребляет.
И опять возвращаемся к многоядерности. Увеличение тактовой частоты (МГц, ГГц) может увеличить выработку тепла, а это крайне нежелательно и даже вредно для пользователей смартфонов. Поэтому многоядерная технология также используется как один из способов увеличения производительности работы смартфона, при этом не нагревая его в вашем кармане.
Производительность увеличивается, позволяя приложениям работать одновременно на нескольких ядрах, но есть одно условие: приложения должны последнего поколения. Такая возможность также позволяет экономить расход заряда батареи.
Кэш процессора
Еще одна важная характеристика процессора, о которой продавцы смартфонов часто умалчивают - это кэш процессора .
Кэш – это память, предназначенная для временного хранения данных и работающая на частоте процессора. Кэш используется для того, чтобы уменьшить время доступа процессора к медленной оперативной памяти. Он хранит копии части данных оперативной па-мяти. Время доступа уменьшается за счет того, что большинство данных, требуемых процессо-ром, оказываются в кэше, и количество обращений к оперативной памяти снижается. Чем больше объем кэша, тем большую часть необходимых программе данных он мо-жет в себе содержать , тем реже будут происходить обращения к оперативной памяти, и тем выше будет общее быстродействие системы.
Особенно актуален кэш в современных системах, где разрыв между скоростью работы процес-сора и скоростью работы оперативной памяти довольно большой. Конечно, возникает вопрос, почему же эту характеристику не желают упоминать? Всё очень просто. Наведем пример. Предположим, что есть два всем известных процессора (условно A и B) с абсолютно одинаковым числом ядер и тактовой частотой, но почему-то А работает намного быстрее, чем В. Объяснить это очень просто: у процессора А кэш больше, следовательно, и сам процессор работает быстрее.
Особенно разница в объеме кэша ощущается между китайскими и брендовыми телефонами. Казалось бы, по циферках характеристик всё вроде как совпадает, а вот цена устройств отличается. И вот здесь покупатели решают сэкономить с мыслью «а зачем платить больше, если нет никакой разницы?» Но, как видим, разница есть и очень существенная, только вот продавцы о ней часто умалчивают и продают китайские телефоны по завышенным ценам.
Нельзя разобраться с этим вопросом, не зная, что собой представляет 4-х ядерный процессор. С одно-, двух- и трехъядерными процессорами все просто: они имеют одно, два или три ядра соответственно. А что касается 4-х ядерного, то тут не все так, как кажется на первый взгляд.
2-х или 4-х ядерный процессор?
Большинство людей ошибаются, думая, что частота каждого ядра складывается. Раз 2.5 Ггц частота ядер, а ядра 4, то значит 2.5*4= 10Ггц. Но это не так: частота всегда одна — 2.5 Ггц. Почему же частота не складывается? Потому, что с этой частотой параллельно работает каждый процессор.
Порция — это часть времени, на вычисление которой процессор выделяет ресурсы всем потокам, попавшим в процессор. Это как 4-ре магистрали с предельной скоростью 60 км/час (2.5 Ггц): у нас есть грузовики, которые должны доставить нам товары (это наши кусочки программы или порции программы), и чтобы нам повысить скорость доставки (повысить работоспособность системы), нам нужно использовать все 4-ре магистрали или повысить предельную скорость (3.0 Ггц). Но для большинства программ невозможно работать в несколько потоков, так как они работают в один поток и способны использовать лишь одну магистраль (а значит нашей программе будет выделено лишь 25% общей мощности процессора) потому, что в программе логика должна выполняться последовательно (поточно), и если нарушить последовательность, нарушится логика, а это приведет к сбоям. Новые программы стараются использовать мультипрограммирование — возможность работать в несколько потоков (наших магистралей), а не в одну, как большинство программ сейчас. Игры, по большей части тоже оптимизированы под многопоточность, но основной поток обычно работает в один. Хоть сейчас и пытаются разделить его на несколько, чтобы облегчить и ускорить. Поэтому для игр или приложений, которые обычно работают в один или два потока, лучше взять 2-ух ядерный процессор.
Если частота у двухъядерного такая же, как у четырехъядерного, то лучше конечно взять четырехъядерный, ведь у нас же одновременно работает огромное количество программ, пускай и слабых по нагрузке. Мы выиграем производительность системы за счет того, что все другие процессы могут быть вытеснены на другое ядро при полной загрузке одного из них. Но обычно частота у новых двухъядерных выше, чем у новых четырехъядерных. Именно поэтому при тестах в играх побеждают 2-ух ядерные с большей частотой, чем 4-ех ядерные с меньшей.
Теперь об очередях:
Теперь поймем, что при переходе от одноядерного к двуядерному, скорость возрастает быстрее не только за счет одновременной обработки ядрами, но и за счет ожидания и очереди на процессоре.
Частота у одноядерного процессора и двухъядерного одна и та же, но работает компьютер быстрее с 2-я ядрами. Дело в мультипрограммировании, когда осуществляется переход с одноядерного на двухъядерный, то скорость возрастает в разы. А мультипрограммирование — это работа с потоками. Представим себе 2 потока, например, работа Windows и запущенная компьютерная игра. Если у нас имеется одно ядро, то обрабатывается последовательно то игра (порция), то работа Windows (порция). Процессам приходиться ждать очереди, т. е. когда «кусочек» игры обрабатывается, то Windows приходится ждать конца обработки игры (порции игры). Когда мы перешли на 2 ядра, то даже с той же частотой, как у одноядерного, компьютер начинает более быструю обработку, так как очередь уменьшается в 2 раза.
Объясню подробнее на примере 100 приложений, если у нас 1 ядро, то 1 приложение обрабатывается, остальные 99 ждут своей очереди. И чем длиннее очередь, тем дольше идет обновления, и тогда мы чувствуем, что у нас тормозит система. А когда у нас 2 ядра, то очередь делится наполовину, т. е. 50 приложений на одном и 50 на другом, следовательно, их проще и быстрее обновлять. Важно знать, что очередь становится меньше и наши приложения быстрее обновляются.
Для теста потока запустите winrar, чтобы сжимать большой файл, и посмотрите в диспетчере (он сжимает в один поток), сколько ресурсов процессора он будет использовать (25%- на 4-ех ядерном и 50% на 2-ух). Из этого следует, что нашей игре, если она работает в один поток в четырехъядерном процессоре, будет выделено 25 % мощности процессора, 50%, если в двухъядерном. В играх у нас многопоточность присутствует, но главный поток в игре все равно будет обрабатываться на четверть процессора (в четырехъядерном).
Все рассматривалось упрощенно, 2-х ядерный с большей частотой подходит лучше для игр, так как больше частоты выделяется одному потоку, а 4-х ядерный подходит для много-поточных данных, например, множество запущенных одновременно приложений.
У 2-ух ядерного процессора i5 есть технология позволяющая имитировать работу системы, как с 4-х ядерным процессором. Фактически есть только 2 ядра, но для Windows имитируется работа 4-х ядер. 4 очереди (потока) по 2 очереди (потока) на ядро обрабатываются по очереди. Каждое ядро берет по порции каждого из потоков, то есть он способен быть четырехъядерным.
Многие люди при покупке процессора стараются выбрать что-нибудь покруче, с несколькими ядрами и большой тактовой частотой. Но при этом мало кто знает, на что влияет количество ядер процессора в действительности. Почему, например, обычный и простенький двухъядерник может оказаться быстрее четырехядерника или тот же "проц" с 4 ядрами будет быстрее "проца" с 8 ядрами. Это довольно интересная тема, в которой определенно стоит разобраться более детально.
Вступление
Прежде чем начать разбираться, на что влияет количество ядер процессора, хотелось бы сделать небольшое отступление. Еще несколько лет назад разработчики ЦП были уверены в том, что технологии производства, которые так стремительно развиваются, позволят выпускать "камни" с тактовыми частотами до 10 Ггц, что позволит пользователям забыть о проблемах с плохой производительностью. Однако успех достигнут не был.
Как бы ни развивался техпроцесс, что "Интел", что "АМД" уперлись в чисто физические ограничения, которые попросту не позволяли выпускать "процы" с тактовой частотой до 10 Ггц. Тогда и было принято решение сфокусироваться не на частотах, а на количестве ядер. Таким образом, началась новая гонка по производству более мощных и производительных процессорных "кристаллов", которая продолжается и по сей день, но уже не столь активно, как это было на первых порах.
Процессоры Intel и AMD
На сегодняшний день "Интел" и "АМД" являются прямыми конкурентами на рынке процессоров. Если посмотреть на выручку и продажи, то явное преимущество будет на стороне "синих", хотя в последнее время "красные" стараются не отставать. У обоих компаний имеется хороший ассортимент готовых решений на все случаи жизни - от простого процессора с 1-2 ядрами до настоящих монстров, у которых количество ядер переваливает за 8. Обычно подобные "камни" используются на специальных рабочих "компах", которые имеют узкую направленность.
Intel
Итак, на сегодняшний день у компании Intel успехом пользуются 5 видов процессоров: Celeron, Pentium, и i7. Каждый из этих "камней" имеет разное количество ядер и предназначенные для разных задач. Например, Celeron имеет всего 2 ядра и используется в основном на офисных и домашних компьютерах. Pentium, или, как его еще называют, "пенек", также используется в дому, но уже имеет гораздо лучшую производительность, в первую очередь за счет технологии Hyper-Threading, которая "добавляет" физическим двум ядрам еще два виртуальных ядра, которые называют потоками. Таким образом, двухъядерный "проц" работает как самый бюджетный четырехъядерник, хотя это не совсем корректно сказано, но основная суть именно в этом.
Что же касается линейки Core, то тут примерно схожая ситуация. Младшая модель с цифрой 3 имеет 2 ядра и 2 потока. Линейка постарше - Core i5 - имеет уже полноценные 4 или 6 ядер, но лишена функции Hyper-Threading и дополнительных потоков не имеет, кроме как 4-6 стандартных. Ну и последнее - core i7 - это топовые процессоры, которые, как правило, имеют от 4 до 6 ядер и в два раза больше потоков, т. е., например, 4 ядра и 8 потоков или 6 ядер и 12 потоков.
AMD
Теперь стоит сказать про AMD. Список "камушков" от данной компании огромен, смысла перечислять все нет, поскольку большинство из моделей уже попросту устарели. Стоит, пожалуй, отметить новое поколение, которое в некотором смысле "копирует" "Интел" - Ryzen. В данной линейке также присутствуют модели с номерами 3, 5 и 7. Главное отличие от "синих" у Ryzen заключается в том, что самая младшая модель уже сразу предоставляет полноценные 4 ядра, а у старшей их не 6, а целых восемь. Кроме этого, и количество потоков меняется. Ryzen 3 - 4 потока, Ryzen 5 - 8-12 (в зависимости от кол-ва ядер - 4 или 6) и Ryzen 7 - 16 потоков.
Стоит упомянуть и о еще одной линейке "красных" - FX, которая появилась в 2012 году, и, по сути, данная платформа уже считается устаревшей, но благодаря тому, что сейчас все больше и больше программ и игр начинает поддерживать многопоточность, линейка Vishera вновь обрела популярность, которая наряду с низкими ценами только растет.
Ну а что касается споров касательно частоты процессора и количества ядер, то, по сути, правильнее смотреть в сторону второго, поскольку с тактовыми частотами уже давно все определились, и даже топовые модели от "Интел" работают на номинальных 2. 7, 2. 8, 3 Ггц. Помимо этого, частоту всегда можно поднять при помощи оверклокинга, но в случае с двухъядерником это не даст особого эффекта.
Как узнать сколько ядер
Если кто-то не знает, как определить количество ядер процессора, то сделать это можно легко и просто даже без скачивания и установки отдельных специальных программ. Достаточно лишь зайти в "Диспетчер устройств" и нажать на маленькую стрелочку рядом с пунктом "Процессоры".
Получить более подробную информацию о том, какие технологии поддерживает ваш "камень", какая у него тактовая частота, номер его ревизии и многое другое можно при помощи специальной и маленькой программки CPU-Z. Скачать ее можно бесплатно на официальном сайте. Есть версия, которая не требует установки.
Преимущество двух ядер
В чем может быть преимущество двухъядерного процессора? Много в чем, например, в играх или приложениях, при разработке которых основным приоритетом была однопоточная работа. Взять хотя бы для примера игру Wold of Tanks. Самые обычные двухъядерники типа Pentium или Celeron будут выдавать вполне приличный результат по производительности, в то время как какой-нибудь FX от AMD или INTEL Core задействуют гораздо больше своих возможностей, а итог будет примерно таким же.
Чем лучше 4 ядра
Чем 4 ядра могут быть лучше двух? Лучшей производительностью. Четырехъядерные "камни" рассчитаны уже на более серьезную работу, где простые "пеньки" или "селероны" попросту не справятся. Отличным примером тут послужит любая программа по работе с 3D-графикой, например 3Ds Max или Cinema4D.
Во время процесса рендеринга данные программы задействуют максимум ресурсов компьютера, включая оперативную память и процессор. Двухъядерные ЦП будут очень сильно отставать по времени обработки рендера, и чем сложнее будет сцена, тем больше времени им потребуется. А вот процессоры с четырьмя ядрами справятся с данной задачей гораздо быстрее, поскольку им на помощь придут еще и дополнительные потоки.
Конечно, можно взять и какой-нибудь бюджетный "процик" из семейства Core i3, например, модель 6100, но 2 ядра и 2 дополнительных потока все равно будут уступать полноценному четырехядернику.
6 и 8 ядер
Ну и последний сегмент многоядерников - процессоры с шестью и восемью ядрами. Их основное предназначение, в принципе, точно такое же, как и у ЦП выше, только вот нужны они там, где обычные "четверки" не справляются. Кроме этого, на базе "камней" с 6 и 8 ядрами строят полноценные профильные компьютеры, которые будут "заточены" под определенную деятельность, например, монтаж видео, 3Д-программы для моделирования, рендеринг готовых тяжелых сцен с большим количеством полигонов и объектов и т. д.
Помимо этого, такие многоядерники очень хорошо себя показывают в работе с архиваторами или в приложениях, где нужны хорошие вычислительные возможности. В играх, которые оптимизированы под многопоточность, равных таких процессорам нет.
На что влияет количество ядер процессора
Итак, на что же еще может влиять количество ядер? В первую очередь на повышение энергопотребления. Да, как бы это ни прозвучало удивительно, но это так и есть. Особо переживать не стоит, потому как в повседневной жизни данная проблема, если можно так выразиться, заметна не будет.
Второе - это нагрев. Чем больше ядер, тем лучше нужна система охлаждения. Поможет измерить температуру процессора программа, которая называется AIDA64. При запуске нужно нажать на "Компьютер", а затем выбрать "Датчики". Следить за температурой процессора нужно, потому как если он будет постоянно перегреваться или работать на слишком высоких температурах, то через какое-то время он просто сгорит.
Двухъядерники незнакомы с такой проблемой, потому как не обладают слишком высокой производительностью и тепловыделением соответственно, а вот многоядерники - да. Самыми "горячими" считаются камни от AMD, особенно серии FX. Например, возьмем модель FX-6300. Температура процессора в программе AIDA64 находится в отметке около 40 градусов и это в режиме простоя. При нагрузке цифра будет расти и если случится перегрев, то комп выключится. Так что, покупая многоядерник, нужно не забывать о кулере.
На что влияет количество ядер процессора еще? На многозадачность. Двухъядерные"процы" не смогут обеспечить стабильную производительность при работе в двух, трех и более программ одновременно. Самый простой пример - стримеры в интернете. Помимо того, что они играют в какую-нибудь игру на высоких настройках, у них параллельно запущена программа, которая позволяет транслировать игровой процесс в интернет в режиме онлайн, работает и интернет-браузер с несколькими открытыми страницами, где игрок, как правило, читает комментарии смотрящих его людей и следит за прочей информацией. Обеспечить должную стабильность может даже далеко не каждый многоядерник, не говоря уже о двух- и одноядерных процессорах.
Также стоит сказать пару слов о том, что у многоядерных процессоров есть очень полезная вещь, которая называется "Кеш третьего уровня L3". Этот кеш имеет определенный объем памяти, в который постоянно записывается различная информация о запущенных программах, выполненных действиях и т. д. Нужно это все для того, чтобы увеличить скорость работы компьютера и его быстродействие. Например, если человек часто пользуется фотошопом, то эта информация сохранится в памяти каша, и время на запуск и открытие программы значительно сократиться.
Подведение итогов
Подводя итог разговора о том, на что влияет количество ядер процессора, можно прийти к одному простому выводу: если нужна хорошая производительность, быстродействие, многозадачность, работа в тяжелых приложениях, возможность комфортно играть в современные игры и т. д., то ваш выбор - процессор с четырьмя ядрами и больше. Если же нужен простенький "комп" для офиса или домашнего пользования, который будет использоваться по минимуму, то 2 ядра - это то что нужно. В любом случае, выбирая процессор, в первую очередь нужно проанализировать все свои потребности и задачи, и только после этого рассматривать какие-либо варианты.