Ядра процесора проти потоків: все, що вам потрібно знати

Комп’ютер складається з різних компонентів. Мабуть, найважливішим внутрішнім компонентом є процесор. Скорочення від центрального процесора, центральний процесор — це мозок комп’ютера. Він складається з мільярдів крихітних транзисторів, які діють як електронні перемикачі, відповідальні за керування потоком електроенергії через складні схеми.

Окрім виконання програм із завданнями, процесори координують інші компоненти комп’ютера, зокрема RAM (оперативну пам’ять), HDD (жорсткий диск) і SSD (твердотільний накопичувач).

Існує багато факторів, які визначають продуктивність і ефективність процесора, але однією з найбільш часто обговорюваних тем є ядра проти потоків. Як правило, люди вважають, що мати більше ядер означає більшу продуктивність. Однак це не завжди так просто.

Щоб прийняти правильні рішення під час купівлі чи налаштування комп’ютера, важливо знати, що роблять ядра та потоки. В ідеалі ви хочете якомога більше оптимізувати енергоспоживання без перевитрат. Залежно від завдань, які ви хочете виконати, необхідна кількість ядер і потоків може суттєво відрізнятися.

Крім того, якщо ви обираєте портативний пристрій (наприклад, ноутбук), енергоефективність — це те, чим не можна нехтувати. Останнє, чого б вам хотілося, коли ви берете комп’ютер у дорогу, – це розрядити батарею під час виконання завдання. Вибір процесора з достатнім енергоспоживанням може мінімізувати ризик зіткнутися з такими головними болями.

У цій публікації я поясню все, що вам потрібно знати про ядра та потоки процесора комп’ютера, їх відмінності та інші фактори, які впливають на рівень продуктивності процесора.

Що таке ядро ​​ЦП?

По суті, ядро ​​— це фізичний процесор усередині процесора, який відповідає за незалежне виконання завдань. Ви можете розглядати свій процесор як фабрику, де кожне ядро ​​є «робочим», який може виконувати завдання. Як правило, ви можете виконати більше завдань з більшою кількістю працівників за коротший проміжок часу.

Традиційно ядро ​​ЦП розроблялося для виконання завдань по одному. Це означало відсутність багатозадачності в перших ітераціях комп’ютерів. Однак те, як ядра процесора працюють з цим, значно змінилося завдяки розвитку технологій багатопоточності, про які я розповім пізніше в цій статті.

Одноядерні процесори проти багатоядерних

Попередні версії комп’ютерів мали одноядерні процесори, які могли виконувати одне завдання за раз. Щоб виконувати кілька програм одночасно, комп’ютерні інженери спробували розширити материнську плату та додати кілька блоків ЦП разом. Однак кілька ЦП, що працюють незалежно, викликали велику затримку та виявилися непрактичними.

Щоб вирішити цю проблему, інженери розробили багатоядерні процесори. Оскільки кожне ядро ​​працює незалежно, кожне ядро ​​може обробляти власний набір інструкцій, не впливаючи на інше ядро. Це означає, що чим більше ядер має процесор комп’ютера, тим більше завдань він може виконувати одночасно.

Одноядерний процесор споживає значно менше енергії, і його може вистачити для повсякденних завдань, наприклад перегляду веб-сторінок. Але оскільки вони постачаються з обмеженими можливостями продуктивності, вони стають дедалі менш сприятливими. Хоча ви все ще можете знайти їх у деяких старих системах, одноядерні ЦП значною мірою застаріли на сучасному ринку.

Як правило, повсякденні комп’ютери оснащені двома, чотирма, вісьмома або 16-ядерними процесорами. Найбільша кількість ядер у процесорах, орієнтованих на споживача, на ринку – 64. Процесори, призначені для центрів обробки даних і корпоративних серверів, можуть мати ще більше ядер. Процесор AMD EPYC 9654, наприклад, оснащений колосальними 96 ядрами.

Що таке потік обробки?

У комп’ютерній обробці потік (або потік виконання) відноситься до окремого завдання або лінії роботи, яку обробляє ЦП. Кожен потік вважається найменшою послідовністю запрограмованих інструкцій, якою ваша операційна система може керувати незалежно. Це може бути що завгодно: від завантаження програми до збереження файлу.

Ядра вашого ЦП відповідають за обробку цих потоків. У будь-якому процесорі кожне ядро ​​може виконувати принаймні один потік за раз. Як згадувалося, наявність більшої кількості ядер призводить до кращої багатозадачності, але здатність працювати з більшою кількістю потоків також може призвести до того ж.

Знання відмінностей у можливостях потоків і ядер, а також розуміння їх ролі у вашому ЦП можуть допомогти вам зробити найкращий вибір для ваших потреб.

Що таке багатопотоковість?

Як ви можете здогадатися, надсилання лише одного потоку до чіпа процесора, очікування завершення завдання, а потім надсилання наступного може зайняти дуже багато часу. Через це комп’ютерні інженери розробили різні методи та стратегії для обробки більшої кількості потоків за менший час.

Найбільш простим рішенням є розбити потік на окремі, менші, і центральний процесор запускає їх паралельно. Це називається «багатопотоковість» (щоб не помилитися з одночасним або тимчасовим багатопотоковістю). Залежно від того, як вона розроблена, програма може мати низьку або велику кількість потоків.

Концепції інтеграції різних стратегій багатопоточності сягають 50-х років. Але лише наприкінці 90-х Intel використала технологію під назвою Simultaneous Multithreading (SMT), щоб розробити техніку багатопоточності на апаратній основі для настільних комп’ютерів. Intel охрестив функціонал Технологія Hyper-Threading і представив його в настільному процесорі Intel Pentium 4 у 2002 році.

Завдяки Hyper-Threading від Intel до двох потоків можуть спільно використовувати ті самі ресурси ядра ЦП для виконання бажаних завдань. Іншими словами, ви практично маєте доступ до подвоєння кількості «робітників», які можуть виконувати ваші завдання. Проте кожна група з двох працівників користується однаковими ресурсами.

Hyper-Threading: плюси і мінуси

Основна перевага Hyper-Threading полягає в тому, що він значно підвищує продуктивність системи за рахунок використання більшої кількості доступних ресурсів обробки. Однак у деяких випадках однопотоковість може бути кращою.

У більшості випадків, особливо під час повсякденної багатозадачності, ядра ЦП вашого комп’ютера не завантажуються максимально. Це означає, що ще є місце для додаткової обробки. Hyper-Threading розблоковує невикористану обчислювальну потужність у ядрі ЦП для запуску інших потоків, отже, більш оптимізоване використання максимального потенціалу ЦП.

Незважаючи на те, що Hyper-Threading є перевагою, він має й явні недоліки. Головний недолік - підвищене енергоспоживання. У порівнянні з чіпами на базі ARM, процесори Intel сумно відомі тим, що витягують багато соку з ноутбуків, і Hyper-Threading є однією з причин цього.

З більшою потужністю, що надходить до процесора, Hyper-Threading призводить до високих температур і теплового троттлінгу, де ЦП сповільнюється, щоб запобігти перегріву. Крім того, портативні пристрої з такими процесорами Intel вимагають більш громіздких систем охолодження, що може значно збільшити вагу та пропорції пристрою.

Нарешті, оскільки підвищення продуктивності значною мірою залежить від програми, розробка програм, які використовують технологію Hyper-Threading, у кінцевому підсумку залежить від програмістів. Це ускладнює розробку програм, які максимізують ефективність. Крім того, програмне забезпечення, яке не підтримує Hyper-Threading, може не працювати безперебійно в умовах інтенсивного використання процесора.

Більше ядер проти потоків: що краще?

Оскільки це сильно залежить від програм, які ви збираєтеся використовувати, важко вважати одну важливішою за іншу в усіх випадках. Більше ядер зазвичай означає більше доступних ресурсів. З іншого боку, більше потоків може призвести до кращої багатозадачності, хоча не завжди.

Для багатопотокових програм наявність більшої кількості потоків, призначених для ядра ЦП, часто призводить до кращого та швидшого виконання. З іншого боку, програми, оптимізовані для однопоточних архітектур ядра ЦП, можуть продемонструвати падіння продуктивності, коли на ЦП увімкнено Hyper-Threading.

Зважаючи на це, деякі помітили, що деякі ігри — як старі, так і нові — працюють значно краще, коли Hyper-Threading вимкнено. Користувач Reddit, наприклад, стверджує, що бачив про a Збільшення FPS на 30% у більшості ігор після того, як він вимкнув Hyper-Threading на своєму процесорі Intel Core i9.

Протягом багатьох років Intel домінувала на ринку процесорів ноутбуків і настільних комп’ютерів із чіпами, які забезпечували вдвічі більше потоків, ніж ядер, завдяки Hyper-Threading. Однак деякі конкуренти нещодавно почали працювати над різними архітектурами ЦП, які виявилися неймовірно ефективнішими, пропонуючи однопотокові ядра ЦП.

Apple Silicon, наприклад, — це серія чіпів на базі ARM, які виявилися значно більш енергоефективними, ніж моделі на базі Intel у останніх комп’ютерах Apple. Крім того, кілька нових ноутбуків Windows, включаючи Microsoft Surface Pro 11, перейшли на процесори ARM для кращого часу автономної роботи та продуктивності для щоденного використання. Усі ці чіпи на базі ARM мають однопотокові ядра.

Враховуючи все, наявність більшої кількості потоків не обов’язково означає кращу продуктивність ЦП. Однак наявність більшої кількості ядер є більш прямим визначальним фактором у здатності процесора обробляти складніші та ресурсомісткі команди.

Які інші фактори визначають продуктивність ЦП?

Ми розглянули відмінності ядра процесора від потоку в комп’ютерах. Однак це не єдині фактори, що визначають кінцеву продуктивність вашого ЦП.

Тактова частота (також «тактова частота» або просто «частота») є однією з головних відмінностей комп’ютерних процесорів. Коротше кажучи, тактова частота вимірює, скільки циклів ЦП може виконати за секунду. Наприклад, процесор з тактовою частотою 3,2 ГГц може виконувати 3,2 мільярда циклів в секунду.

Іншим параметром, який слід враховувати, є кеш-пам’ять ЦП. Кеш центрального процесора — це високошвидкісна пам’ять, у якій зберігаються дані, до яких часто звертаються. Більші та швидші кеші прискорюють здатність ЦП виконувати завдання, які вимагають частого доступу до даних.

Комп’ютерні процесори створюються з використанням нанометрових (нм) виробничих процесів (таких як 7 нм або 5 нм). Менші вузли означають, що на мікросхему може поміститися більше транзисторів, що призводить до більшої енергоефективності та продуктивності, оскільки сигнали поширюються на коротші відстані, а тому потребують менше часу та енергії.

Інші фактори, такі як IPC (інструкції за цикл), швидкість шини та теплова потужність, також впливають на продуктивність, яку ви можете вичавити з ЦП.

Перш ніж закінчити, дозвольте мені представити вам нашу високу продуктивність Хмарний VPS в Cloudzy. Ми пропонуємо високошвидкісні процесори 3,2 і 4,2 ​​ГГц, пам’ять NVMe, високу пропускну здатність і з’єднання зі швидкістю до 10 Гбіт/с. Якщо ви шукаєте надійну віртуальну машину, обов’язково ознайомтеся з нашими планами VPS для неперевершеної надійності та швидкості!

Останні думки: нитка проти ядра

Коли йдеться про продуктивність комп’ютера, центральний процесор є основним відділом, відповідальним за виконання програм. Ядро ЦП — це фізичний блок ЦП для обробки завдань. Як правило, ЦП мають кілька ядер, кожне з яких виконує принаймні один потік.

Потік часто відноситься до найменшої послідовності інструкцій, яка надсилається до ядра ЦП для обробки. Кожне ядро ​​процесора може обробляти принаймні один потік одночасно. У процесорах із функцією Hyper-Threading це число збільшено до двох, тобто два потоки можуть одночасно використовувати ресурси ядра для виконання різних завдань.

Хоча ядра, які підтримують технології SMT, можуть обробляти більше одного потоку одночасно і пропонують кращу багатозадачність теоретично, це не завжди призводить до прямого збільшення продуктивності обробки.

FAQ

Чи краще мати більше ядер, а не потоків?

Це залежить від програм, які ви збираєтеся використовувати. Програми з великою кількістю потоків зазвичай працюють краще за наявності більшої кількості потоків, тоді як деякі програми можуть працювати краще на однопотокових ядрах. Однак збільшення кількості ядер призводить до більш прямого збільшення продуктивності ЦП.

Скільки потоків у ядрі?

У більшості сучасних процесорів Intel кожне ядро ​​може обробляти два потоки одночасно завдяки технології Hyper-Threading. Але це стосується не всіх процесорів. Процесори на базі ARM, наприклад, мають один потік на ядро.

Яка різниця між ядром і процесором?

Ядро — це фізичний процесор у процесорі комп’ютера (CPU). У процесорі може бути кілька ядер, які є окремими процесорними блоками, які можуть виконувати інструкції незалежно.