Jádra CPU vs. vlákna: Vše, co potřebujete vědět

Počítač se skládá z různých komponent. Pravděpodobně nejkritičtější vnitřní komponentou je jeho CPU. Zkratka pro Central Processing Unit, CPU je mozek počítače. Skládá se z miliard malých tranzistorů, které fungují jako elektronické spínače, zodpovědné za řízení toku elektřiny složitými obvody.

Kromě provádění programů úloh koordinují CPU další součásti v počítači, včetně RAM (paměť s náhodným přístupem), HDD (pevný disk) a SSD (solid-state drive).

Existuje mnoho faktorů, které určují výkon a efektivitu procesoru, ale jedním z nejčastěji diskutovaných témat je jádra vs. vlákna. Obecně se lidé domnívají, že mít více jader znamená vyšší výkon. Ne vždy je to však tak jednoznačné.

Vědět, co dělají jádra vs. vlákna, je důležité pro správná rozhodnutí při nákupu nebo konfiguraci počítače. V ideálním případě byste chtěli co nejvíce optimalizovat výkon, aniž byste zbytečně utráceli. V závislosti na úkolech, které chcete provádět, se správný počet jader a vláken může podstatně lišit.

Navíc, pokud se rozhodnete pro přenosnou jednotku (jako je notebook), energetická účinnost je něco, co nemůžete zanedbat. Poslední věc, kterou byste chtěli, když si vezmete počítač na cesty, je vybití baterie uprostřed dokončení úkolu. Výběr procesoru s přiměřenou spotřebou energie může minimalizovat riziko vzniku takových bolestí hlavy.

V tomto příspěvku vysvětlím vše, co potřebujete vědět o jádrech a vláknech počítačových procesorů, jejich rozdílech a dalších faktorech, které ovlivňují úrovně výkonu procesoru.

Co je jádro CPU?

Jádro je v podstatě fyzická procesorová jednotka uvnitř CPU, která je zodpovědná za nezávislé provádění úloh. Svůj CPU si můžete představit jako továrnu, kde každé jádro je „pracovník“, který dokáže zvládnout úkoly. Obecně můžete provádět více úkolů s více pracovníky v kratším časovém úseku.

Tradičně bylo jádro CPU navrženo tak, aby spouštělo úkoly jeden po druhém. To znamenalo nedostatek multitaskingových schopností v prvních iteracích počítačů. Způsob, jakým na to jdou jádra CPU, se však výrazně změnil díky vývoji multithreadingových technologií, kterým se budu věnovat později v tomto článku.

Jednojádrové vs. vícejádrové procesory

Dřívější iterace počítačů obsahovaly jednojádrové procesory, které mohly spustit jednu úlohu najednou. Chcete-li spustit více programů najednou, počítačoví inženýři se pokusili rozšířit základní desku a přidat více jednotek CPU dohromady. Několik procesorů běžících nezávisle však způsobilo velkou latenci a ukázalo se jako nepraktické.

K vyřešení tohoto problému inženýři navrhli vícejádrové procesory. Protože každé jádro funguje nezávisle, každé jádro může zpracovávat vlastní sadu instrukcí, aniž by to ovlivnilo jiné jádro. To znamená, že čím více jader má počítačový procesor, tím více úloh může provádět současně.

Jednojádrový procesor spotřebuje výrazně méně energie a může stačit pro každodenní úkoly, jako je procházení webu. Ale protože přicházejí s omezenými výkonnostními schopnostmi, jsou stále méně příznivé. Ačkoli je stále můžete najít v některých starších systémech, jednojádrové procesory jsou na dnešním trhu do značné míry zastaralé.

Běžné počítače se obvykle dodávají se dvěma, čtyřmi, osmi nebo 16 jádry CPU. Nejvyšší počet jader u spotřebitelsky orientovaných CPU na trhu je 64. Procesory zaměřené na datová centra a podnikové servery mohou obsahovat ještě více jader. Například procesor AMD EPYC 9654 je vyzbrojen ohromnými 96 jádry.

Co je to zpracovatelské vlákno?

V počítačovém zpracování se vlákno (nebo vlákno provádění) vztahuje k individuální úloze nebo řadě práce, kterou CPU zpracovává. Každé vlákno je považováno za nejmenší sekvenci naprogramovaných instrukcí, kterou může váš operační systém spravovat nezávisle. Může to být cokoli od spuštění programu nebo uložení souboru.

Vaše CPU jádra jsou zodpovědná za zpracování těchto vláken. V každém CPU může každé jádro spustit současně alespoň jedno vlákno. Jak již bylo zmíněno, více jader má za následek lepší schopnosti multitaskingu, ale schopnost zpracovat více vláken může také vést ke stejné věci.

Znalost rozdílů ve schopnostech vláken a jader spolu s pochopením jejich rolí ve vašem CPU vám může pomoci vybrat si tu nejlepší volbu pro vaše potřeby.

Co je multithreading?

Jak můžete hádat, odeslání pouze jednoho vlákna do procesorového čipu, čekání na dokončení úlohy a odeslání dalšího může být velmi časově náročné. Z tohoto důvodu vyvinuli počítačoví inženýři různé metody a strategie, jak zpracovat více vláken za kratší dobu.

Nejpřímějším řešením je rozdělit vlákno na samostatná, menší a nechat je procesor provozovat paralelně. Toto se nazývá „vícevláknové zpracování“ (nezaměňovat se simultánním nebo časovým vícevláknovým zpracováním). Program může být lehce nebo silně vláknitý v závislosti na tom, jak je vyvinut.

Koncepty pro integraci různých multithreadingových strategií pocházejí z 50. let. Ale teprve koncem 90. let Intel použil technologii nazvanou Simultaneous Multithreading (SMT) k vývoji hardwarové multithreadingové techniky pro stolní počítače. Intel tuto funkci nazval Technologie Hyper-Threading a představil jej v procesorovém čipu Intel Pentium 4 v roce 2002.

Díky technologii Intel Hyper-Threading mohou až dvě vlákna sdílet stejné zdroje jádra CPU pro dokončení požadovaných úloh. Jinými slovy, prakticky máte přístup k dvojnásobnému počtu „pracovníků“, kteří mohou dokončit vaše úkoly. Každá skupina dvou pracovníků však sdílí stejné zdroje.

Hyper-Threading: Pro a proti

Primární výhodou Hyper-Threading je, že výrazně zvyšuje výkon systému tím, že využívá více dostupných prostředků pro zpracování. V některých případech však může být stále preferováno jednovláknové zpracování.

Ve většině případů, zejména při každodenním multitaskingu, nejsou jádra CPU vašeho počítače vytížená. To znamená, že stále existuje prostor pro další zpracování. Hyper-Threading odemyká nevyužitý výpočetní výkon v jádře CPU pro spouštění dalších vláken, a tím efektivnější využití maximálního potenciálu CPU.

Přestože je Hyper-Threading výhodný, má také výrazné nevýhody. Hlavní nevýhodou je zvýšená spotřeba energie. Ve srovnání s čipy založenými na ARM jsou procesory Intel známé tím, že z notebooků čerpají hodně šťávy a Hyper-Threading je jedním z důvodů.

S větším odběrem energie do procesoru má Hyper-Threading za následek vysoké teploty a tepelné škrcení, kdy se procesor zpomaluje, aby se zabránilo přehřátí. Kromě toho přenosná zařízení s takovými procesory Intel vyžadují objemnější chladicí systémy, které mohou výrazně zvýšit hmotnost a proporce zařízení.

A konečně, protože zvýšení výkonu je silně závislé na aplikaci, je v konečném důsledku v rukou programátorů navrhnout aplikace, které využívají technologii Hyper-Threading. To zvyšuje nároky na vývoj programů, které maximalizují efektivitu. Navíc software, který nepodporuje Hyper-Threading, nemusí fungovat hladce v podmínkách náročných na procesor.

Více jader vs. vlákna: Co je lepší?

Vzhledem k tomu, že to do značné míry závisí na programech, které hodláte používat, je obtížné ve všech případech považovat jeden za důležitější než druhý. Více jader obecně znamená více dostupných zdrojů. Na druhou stranu, více vláken může vést k lepším schopnostem multitaskingu, i když ne vždy.

U programů se silným vláknem má více vláken vyhrazených jádru CPU často lepší a rychlejší provádění. Na druhou stranu programy optimalizované pro jednovláknové architektury jádra CPU mohou vykazovat pokles výkonu, když je na CPU povoleno Hyper-Threading.

Jak již bylo řečeno, někteří si všimli, že několik her – starých i nových – běží výrazně lépe, když je Hyper-Threading vypnutý. Uživatel na Redditu například tvrdí, že viděl asi a 30% nárůst FPS ve většině her, jakmile zakázal Hyper-Threading na svém procesoru Intel Core i9.

Intel po léta dominoval na trhu CPU v notebookech a stolních počítačích s čipy, které poskytovaly dvakrát více vláken než jádra, a to díky Hyper-Threadingu. Někteří soupeři však nedávno začali pracovat na různých architekturách CPU, které se ukázaly neuvěřitelně efektivnější a zároveň nabízejí jednovláknová jádra CPU.

Například Apple Silicon je řada čipů založená na ARM, která se v nedávných počítačích Apple ukázala jako výrazně energeticky účinnější než modely založené na Intelu. Několik nových notebooků s Windows, včetně Microsoft Surface Pro 11, také přešlo na procesory ARM pro lepší výdrž baterie a výkon pro každodenní použití. Všechny tyto čipy založené na ARM jsou dodávány s jednovláknovými jádry.

Když vezmeme v úvahu všechny věci, mít více vláken nemusí nutně znamenat lepší výkon CPU. Mít více jader je však přímějším určujícím faktorem schopnosti procesoru zpracovávat složitější a na zdroje náročnější příkazy.

Jaké další faktory určují výkon CPU?

Probrali jsme rozdíly mezi jádrem procesoru a vláknem v počítačích. To však nejsou jediné faktory určující konečný výstup vašeho CPU.

Rychlost hodin (také „takto frekvence“ nebo jednoduše „frekvence“) je jedním z hlavních rozdílů v počítačových procesorech. Stručně řečeno, rychlost hodin udává, kolik cyklů může procesor dokončit za sekundu. Například procesor s taktovací frekvencí 3,2 GHz dokáže vykonat 3,2 miliardy cyklů za sekundu.

Dalším parametrem, který je třeba zvážit, je vyrovnávací paměť CPU. Mezipaměť CPU je vysokorychlostní paměť, která ukládá často používaná data. Větší a rychlejší mezipaměti urychlují schopnost CPU provádět úlohy, které vyžadují častý přístup k datům.

Počítačové procesory jsou vyrobeny pomocí výrobních procesů nanometrů (nm) (jako je 7nm nebo 5nm). Menší uzly znamenají, že se na čip vejde více tranzistorů, což má za následek vyšší energetickou účinnost a výkon, protože signály cestují na kratší vzdálenosti, a proto vyžadují méně času a energie.

Další faktory, jako je IPC (Instructions Per Cycle), rychlost sběrnice a tepelný výkon také hrají roli v tom, kolik výkonu můžete z CPU vymáčknout.

Než skončím, dovolte mi představit vám náš vysoce výkonný Cloudové VPS v Cloudzy. Nabízíme špičkové 3,2 a 4,2 GHz bleskově rychlé CPU, úložiště NVMe, velkou šířku pásma a připojení až 10 Gb/s. Pokud hledáte pevný virtuální stroj, nezapomeňte se podívat na naše plány VPS pro nepřekonatelnou spolehlivost a rychlost!

Závěrečné myšlenky: Závit vs. jádro

Pokud jde o výkon počítače, CPU je primární oddělení odpovědné za provádění programů. Jádro CPU je fyzická jednotka v CPU pro zpracování úloh. CPU obvykle obsahují více jader, z nichž každé vykonává alespoň jedno vlákno.

Vlákno často označuje nejmenší sekvenci instrukcí, která je odeslána do jádra CPU ke zpracování. Každé jádro CPU může zpracovávat alespoň jedno vlákno najednou. U procesorů s Hyper-Threadingem je toto číslo zvýšeno až na dvě, což znamená, že dvě vlákna mohou současně využívat zdroje jádra k provádění různých úloh.

Zatímco jádra, která podporují technologie SMT, zvládnou pracovat s více než jedním vláknem najednou a teoreticky nabízejí lepší multitasking, ne vždy to znamená přímé zvýšení výkonu zpracování.

FAQ

Je lepší mít více jader vs. vláken?

Liší se podle programů, které hodláte používat. Aplikace se silným vláknem obvykle běží lépe, pokud mají více vláken, zatímco některé programy mohou běžet lépe na jádrech s jedním vláknem. Více jader však znamená přímější zvýšení výkonu CPU.

Kolik vláken je v jádře?

Ve většině dnešních procesorů Intel dokáže každé jádro zpracovat dvě vlákna najednou, a to díky technologii zvané Hyper-Threading. Ale to neplatí pro všechny procesorové čipy. CPU založené na ARM mají například jedno vlákno na jádro.

Jaký je rozdíl mezi jádrem a procesorem?

Jádro je fyzická procesorová jednotka uvnitř počítačového procesoru (CPU). V procesoru může být více jader, což jsou jednotlivé procesorové jednotky, které mohou provádět instrukce nezávisle.