Ядра ЦП против потоков: все, что вам нужно знать

Компьютер состоит из различных компонентов. Пожалуй, наиболее важным внутренним компонентом является процессор. Сокращенно от центрального процессора, ЦП — это мозг компьютера. Он состоит из миллиардов крошечных транзисторов, которые действуют как электронные переключатели и отвечают за управление потоком электричества через сложные схемы.

Помимо выполнения программ задач, процессоры координируют работу других компонентов компьютера, включая ОЗУ (оперативное запоминающее устройство), HDD (жесткий диск) и SSD (твердотельный накопитель).

Существует множество факторов, определяющих производительность и эффективность процессора, но одна из наиболее часто обсуждаемых тем — ядра против потоков. Обычно люди считают, что чем больше ядер, тем выше производительность. Однако не всегда все так просто.

Знание того, что делают ядра и потоки, важно для принятия правильных решений при покупке или настройке компьютера. В идеале вы хотели бы максимально оптимизировать мощность, не переплачивая. В зависимости от задач, которые вы хотите выполнить, нужное количество ядер и потоков может существенно различаться.

Более того, если вы выбираете портативное устройство (например, ноутбук), энергоэффективность — это то, чем нельзя пренебрегать. Последнее, чего вам хотелось бы, когда вы берете свой компьютер в дорогу, — это разрядить аккумулятор во время выполнения задачи. Выбор процессора с адекватным энергопотреблением может свести к минимуму риск возникновения подобных головных болей.

В этом посте я объясню все, что вам нужно знать о ядрах и потоках компьютерных процессоров, их различиях и других факторах, влияющих на уровень производительности процессора.

Что такое ядро ​​процессора?

По сути, ядро ​​— это физический процессор внутри ЦП, отвечающий за независимое выполнение задач. Вы можете думать о своем процессоре как о фабрике, где каждое ядро ​​является «работником», который может выполнять задачи. Как правило, вы можете выполнить больше задач с большим количеством работников за более короткий промежуток времени.

Традиционно ядро ​​ЦП предназначалось для выполнения задач по одной. Это означало отсутствие возможностей многозадачности в первых версиях компьютеров. Однако способ работы ядер ЦП существенно изменился благодаря развитию технологий многопоточности, о которых я расскажу позже в этой статье.

Одноядерные и многоядерные процессоры

Более ранние версии компьютеров имели одноядерные процессоры, способные одновременно выполнять одну задачу. Чтобы выполнять несколько программ одновременно, компьютерные инженеры пытались расширить материнскую плату и объединить несколько модулей ЦП. Однако несколько процессоров, работающих независимо, приводили к большой задержке и оказались непрактичными.

Чтобы решить эту проблему, инженеры разработали многоядерные процессоры. Поскольку каждое ядро ​​работает независимо, каждое ядро ​​может обрабатывать свой собственный набор инструкций, не затрагивая другое ядро. Это означает, что чем больше ядер имеет процессор компьютера, тем больше задач он может выполнять одновременно.

Одноядерный процессор потребляет значительно меньше энергии, и его может быть достаточно для повседневных задач, таких как просмотр веб-страниц. Но поскольку у них ограниченные возможности производительности, они становятся все менее и менее привлекательными. Хотя вы все еще можете встретить их в некоторых старых системах, одноядерные процессоры на сегодняшнем рынке в значительной степени устарели.

Обычно повседневные компьютеры имеют два, четыре, восемь или 16 ядер ЦП. Наибольшее количество ядер на рынке потребительских процессоров составляет 64. Процессоры, предназначенные для центров обработки данных и корпоративных серверов, могут содержать еще больше ядер. Например, процессор AMD EPYC 9654 оснащен колоссальными 96 ядрами.

Что такое поток обработки?

В компьютерной обработке поток (или поток выполнения) относится к отдельной задаче или линии работы, которую обрабатывает ЦП. Каждый поток считается наименьшей последовательностью запрограммированных инструкций, которой ваша операционная система может управлять независимо. Это может быть что угодно: от загрузки программы до сохранения файла.

Ядра вашего процессора отвечают за обработку этих потоков. В любом процессоре каждое ядро ​​может выполнять хотя бы один поток одновременно. Как уже упоминалось, наличие большего количества ядер приводит к улучшению многозадачности, но возможность обработки большего количества потоков также может привести к тому же самому.

Знание различий в возможностях потоков и ядер, а также понимание их роли в вашем процессоре может помочь вам сделать лучший выбор для ваших нужд.

Что такое многопоточность?

Как вы можете догадаться, отправка на чип процессора только одного потока, ожидание завершения задачи и последующая отправка следующего может занять очень много времени. По этой причине компьютерные инженеры разработали различные методы и стратегии для обработки большего количества потоков за меньшее время.

Самое простое решение — разбить поток на отдельные, более мелкие и заставить процессор выполнять их параллельно. Это называется «многопоточность» (не путать с одновременной или временной многопоточностью). Программа может быть легко или сильно многопоточной в зависимости от того, как она разработана.

Концепции интеграции различных стратегий многопоточности появились еще в 50-х годах. Но только в конце 90-х годов Intel использовала технологию под названием «Одновременная многопоточность» (SMT) для разработки аппаратной многопоточности для настольных компьютеров. Intel окрестила эту функциональность Технология гиперпоточности и представил его в процессоре Intel Pentium 4 для настольных ПК в 2002 году.

Благодаря технологии Intel Hyper-Threading до двух потоков могут использовать одни и те же ресурсы ядра ЦП для выполнения желаемых задач. Другими словами, у вас практически есть доступ к удвоенному количеству «работников», которые могут выполнять ваши задания. Однако каждая группа из двух работников использует одни и те же ресурсы.

Гиперпоточность: плюсы и минусы

Основное преимущество Hyper-Threading заключается в том, что он значительно повышает производительность системы за счет использования большего количества доступных вычислительных ресурсов. Однако в некоторых случаях однопоточная обработка все же может быть предпочтительнее.

В большинстве случаев, особенно во время повседневной многозадачности, ядра процессора вашего компьютера не загружены на максимум. Это означает, что еще есть место для дополнительной обработки. Hyper-Threading высвобождает неиспользуемую вычислительную мощность ядра ЦП для запуска других потоков, что обеспечивает более рациональный подход к использованию максимального потенциала ЦП.

Несмотря на свои преимущества, технология Hyper-Threading также имеет явные недостатки. Главный недостаток – повышенное энергопотребление. По сравнению с чипами на базе ARM процессоры Intel печально известны тем, что потребляют больше энергии от ноутбуков, и технология Hyper-Threading является одной из причин этого.

Поскольку процессор потребляет больше энергии, технология Hyper-Threading приводит к повышению температуры и тепловому регулированию, при котором процессор замедляется, чтобы предотвратить перегрев. Кроме того, портативные устройства с такими процессорами Intel требуют более громоздких систем охлаждения, что может существенно увеличить вес и габариты устройства.

Наконец, поскольку повышение производительности во многом зависит от приложения, в конечном итоге разработка приложений, использующих технологию Hyper-Threading, находится в руках программистов. Это усложняет разработку программ, которые максимизируют эффективность. Более того, программное обеспечение, не поддерживающее Hyper-Threading, может работать нестабильно в условиях интенсивной загрузки процессора.

Больше ядер или потоков: что лучше?

Поскольку это во многом зависит от программ, которые вы собираетесь использовать, трудно во всех случаях считать одну более важной, чем другая. Больше ядер обычно означает больше доступных ресурсов. С другой стороны, большее количество потоков может привести к улучшению многозадачности, хотя и не всегда.

Для программ с большим количеством потоков наличие большего количества потоков, выделенных для ядра ЦП, часто приводит к лучшему и быстрому выполнению. С другой стороны, программы, оптимизированные для однопоточной архитектуры ядра ЦП, могут демонстрировать снижение производительности, когда на ЦП включена технология Hyper-Threading.

При этом некоторые заметили, что некоторые игры — как старые, так и новые — работают значительно лучше, когда Hyper-Threading отключен. Например, пользователь Reddit утверждает, что видел о Увеличение FPS на 30% в большинстве игр после отключения Hyper-Threading на своем процессоре Intel Core i9.

В течение многих лет Intel доминировала на рынке процессоров для ноутбуков и настольных компьютеров с чипами, которые обеспечивали вдвое больше потоков, чем ядер, благодаря технологии Hyper-Threading. Однако некоторые конкуренты недавно начали работать над другими архитектурами ЦП, которые оказались невероятно более эффективными, предлагая однопоточные ядра ЦП.

Apple Silicon, например, представляет собой серию чипов на базе ARM, которые оказались значительно более энергоэффективными, чем модели на базе Intel в последних компьютерах Apple. Кроме того, несколько новых ноутбуков с Windows, в том числе Microsoft Surface Pro 11, перешли на процессоры ARM, чтобы увеличить время автономной работы и производительность для повседневного использования. Все эти чипы на базе ARM имеют однопоточные ядра.

Учитывая все обстоятельства, наличие большего количества потоков не обязательно приводит к повышению производительности процессора. Однако наличие большего количества ядер является более прямым определяющим фактором способности процессора обрабатывать более сложные и ресурсоемкие команды.

Какие еще факторы определяют производительность процессора?

Мы рассмотрели различия между ядром процессора и потоком в компьютерах. Однако это не единственные факторы, определяющие конечную производительность вашего процессора.

Тактовая частота (также «тактовая частота» или просто «частота») является одним из основных отличий компьютерных процессоров. Короче говоря, тактовая частота измеряет, сколько циклов процессор может выполнить в секунду. Например, процессор с тактовой частотой 3,2 ГГц может выполнять 3,2 миллиарда циклов в секунду.

Еще один параметр, который следует учитывать, — это кэш-память процессора. Кэш ЦП — это высокоскоростная память, в которой хранятся часто используемые данные. Более крупные и быстрые кэши ускоряют способность процессора выполнять задачи, требующие частого доступа к данным.

Компьютерные процессоры создаются с использованием нанометровых (нм) производственных процессов (например, 7 или 5 нм). Меньшие узлы означают, что на чипе может разместиться больше транзисторов, что приводит к повышению энергоэффективности и производительности, поскольку сигналы передаются на более короткие расстояния и, следовательно, требуют меньше времени и энергии.

Другие факторы, такие как IPC (количество команд в цикле), скорость шины и расчетная тепловая мощность, также играют роль в том, какую производительность вы можете выжать из процессора.

Прежде чем подвести итоги, позвольте мне представить вам нашу высокопроизводительную Облачный VPS в Клауди. Мы предлагаем высокопроизводительные сверхбыстрые процессоры с тактовой частотой 3,2 и 4,2 ГГц, хранилище NVMe, высокую пропускную способность и соединения со скоростью до 10 Гбит/с. Если вы ищете надежную виртуальную машину, обязательно ознакомьтесь с нашими планами VPS, которые обеспечат непревзойденную надежность и скорость!

Заключительные мысли: поток против ядра

Когда дело доходит до производительности компьютера, процессор является основным отделом, отвечающим за выполнение программ. Ядро ЦП — это физическая единица ЦП, предназначенная для обработки задач. Обычно процессоры имеют несколько ядер, каждое из которых выполняет хотя бы один поток.

Под потоком часто понимается наименьшая последовательность инструкций, которая отправляется в ядро ​​ЦП для обработки. Каждое ядро ​​ЦП может обрабатывать как минимум один поток одновременно. В процессорах с поддержкой Hyper-Threading это число увеличивается до двух, что означает, что два потока могут одновременно использовать ресурсы ядра для выполнения разных задач.

Хотя ядра, поддерживающие технологии SMT, могут обрабатывать более одного потока одновременно и теоретически обеспечивают лучшую многозадачность, это не всегда приводит к прямому увеличению производительности обработки.

Часто задаваемые вопросы

Лучше ли иметь больше ядер или потоков?

Это зависит от программ, которые вы собираетесь использовать. Приложения с большим количеством потоков обычно работают лучше при наличии большего количества потоков, тогда как некоторые программы могут работать лучше на однопоточных ядрах. Однако увеличение количества ядер приводит к более прямому увеличению производительности процессора.

Сколько потоков в ядре?

В большинстве современных процессоров Intel каждое ядро ​​может обрабатывать два потока одновременно благодаря технологии Hyper-Threading. Но это касается не всех процессорных чипов. Например, процессоры на базе ARM имеют один поток на ядро.

В чем разница между ядром и процессором?

Ядро — это физический процессор внутри компьютерного процессора (ЦП). Внутри процессора может быть несколько ядер, которые представляют собой отдельные процессорные блоки, которые могут выполнять инструкции независимо.