Miért van a CPU magja ugyanolyan sebességű, mint a különböző?

Ha valaha sok összehasonlítást végeztek egy új CPU vásárlásával kapcsolatban, előfordulhat, hogy észrevetted, hogy a magok úgy tűnik, hogy a sebessége inkább a különböző kombinációkkal rendelkezik. Miért van az, hogy? A mai SuperUser Q&A bejegyzés válaszol egy kíváncsi olvasó kérdésére.

A mai Kérdések és válaszok munkamenet a Jóvagyon - a Stack Exchange alosztályának, a közösség által vezérelt Q&A webhelyek csoportjának köszönhetően..

A kérdés

A SuperUser olvasó Jamie szeretné tudni, hogy miért van a CPU magja azonos sebességgel a különböző helyett:

Általában véve, ha új számítógépet vásárol, meghatározza, hogy melyik processzort kívánja vásárolni a számítógép várható terhelésének függvényében. A videojátékok teljesítményét általában egy magsebesség határozza meg, míg az olyan alkalmazások, mint a videószerkesztés a magok számától függ. Ami a piacon elérhető, úgy tűnik, hogy a CPU-k nagyjából azonos sebességgel rendelkeznek, és a főbb különbségek több szál vagy több magból állnak.

Például:

• Intel Core i5-7600K, alapfrekvencia 3,80 GHz, 4 mag, 4 szál
• Intel Core i7-7700K, alapfrekvencia 4,20 GHz, 4 mag, 8 szál
• AMD Ryzen 5 1600X, alapfrekvencia 3,60 GHz, 6 mag, 12 szál
• AMD Ryzen 7 1800X, alapfrekvencia 3,60 GHz, 8 mag, 16 szál

Miért látjuk ezt a növekvő magok mintáját, mégis minden mag azonos sebességgel? Miért nem léteznek változó órajelű változatok? Például két „nagy” mag és sok kis mag.

Például négy, 4,0 GHz-es mag (pl. 4 × 4 GHz, 16 GHz-es) helyett, hogyan lehet egy olyan processzor, amelynek két magja 4.0 GHz-en fut, és négy mag 2,0 GHz-en (azaz 2 × 4,0 GHz + 4 × 2,0) GHz, maximum 16 GHz)? A második opció ugyanolyan jó lenne az egyetlen menetes terhelésnél, de potenciálisan jobb a többszálú munkaterhelésnél?

Ezt általános kérdésként kérdezem meg, és nem kifejezetten a fent felsorolt ​​CPU-k, illetve egy adott munkaterhelés tekintetében. Csak kíváncsi vagyok, hogy miért van a minta.

Miért van a CPU magja azonos sebességgel a különbözőek helyett?

A válasz

A SuperUser közreműködő bwDraco válaszol nekünk:

Ezt heterogén multi-feldolgozásnak (HMP) nevezik, és a mobil eszközök széles körben alkalmazzák. Az ARM-alapú eszközökön, amelyek nagy méretűek, a processzor különböző teljesítmény- és teljesítményprofilokat tartalmaz, azaz néhány mag gyorsan fut, de sok energiát (gyorsabb architektúra és / vagy magasabb órák) használ, míg mások energiahatékonyak, de lassúak ( lassabb építészet és / vagy alacsonyabb órák). Ez azért hasznos, mert az energiafogyasztás aránytalanul növeli a teljesítményt, amikor növeli a teljesítményt, ha egy bizonyos pontot elhalad. Az ötlet az, hogy teljesítményt kapjunk, amikor szükséged van rá, és az akkumulátor élettartamát, amikor nem.

Az asztali platformokon az energiafogyasztás sokkal kevésbé jelent problémát, így ez nem igazán szükséges. A legtöbb alkalmazás elvárja, hogy minden mag hasonló teljesítmény-jellemzőkkel rendelkezzen, és a HMP-rendszerek ütemezési folyamatai sokkal összetettebbek, mint a hagyományos szimmetrikus többfunkciós (SMP) rendszerek ütemezése (technikailag a Windows 10 támogatja a HMP-t, de főleg mobilkészülékekhez készült) ARM big.LITTLE-t használó eszközök.

A legtöbb asztali és laptop processzor ma nem termikusan vagy elektromosan korlátozódik arra a pontra, ahol néhány magnak gyorsabban kell futnia, mint mások, még a rövid törések esetén is. Alapvetően egy falat tapasztaltunk, hogy milyen gyorsan tudunk egyedi magokat készíteni, így egyes magok kicserélése lassabbakkal nem teszi lehetővé a többi mag gyorsabb futását.

Bár van néhány asztali processzor, amelyek egy vagy két magot képesek gyorsabban működtetni, mint a többiek, ez a képesség jelenleg csak néhány nagyon high-end Intel processzorra korlátozódik (úgynevezett Turbo Boost Max Technology 3.0), és csak enyhe nyereséget eredményez gyorsabb teljesítményt nyújtó magok teljesítménye.

Bár természetesen lehetőség van egy hagyományos x86 processzor kialakítására is, nagy, gyors magokkal és kisebb, lassabb magokkal, hogy optimalizálják az erősen menetes terheléseket, ez jelentős bonyolultságot eredményez a processzor tervezésében, és az alkalmazások valószínűleg nem támogatják megfelelően.

Vegyünk egy hipotetikus processzort két gyors Kaby-tó (7. generációs) maggal és nyolc lassú Goldmont (Atom) maggal. Összesen 10 magja lenne, és az ilyen típusú processzorokhoz optimalizált erősen menetes munkadarabok teljesítménye és hatékonysága megnőhet egy normál quad-core Kaby Lake processzoron. Azonban a különböző típusú magok különféle teljesítményszintekkel rendelkeznek, és a lassú magok nem támogatják az utasítások némelyikét a gyors magok támogatására, mint például az AVX (az ARM elkerüli ezt a problémát azáltal, hogy mind a nagy, mind a LITTLE magokat ugyanazon utasítások támogatására kötelezi) ).

Ismét a legtöbb Windows-alapú többszálas alkalmazás feltételezi, hogy minden mag azonos vagy közel azonos teljesítményű, és ugyanazokat az utasításokat hajthatja végre, így az ilyen aszimmetria valószínűleg kevesebb, mint ideális teljesítményt eredményez, talán még összeomlik, ha olyan utasításokat használ, amelyeket a lassabb magok nem támogatnak. Míg az Intel módosíthatja a lassú magokat, hogy hozzáadja a fejlett utasításokat, hogy minden mag képes legyen végrehajtani az összes utasítást, ez nem oldja meg a heterogén processzorok szoftveres támogatásával kapcsolatos problémákat.

Egy másik megközelítés az alkalmazás tervezéshez, közelebb ahhoz, amit valószínűleg a kérdésedben gondolok, a GPU-t használná az alkalmazások magas párhuzamos részeinek gyorsítására. Ezt az API-k, mint az OpenCL és a CUDA segítségével lehet elvégezni. Az egy chipes megoldást illetően az AMD az APU-kban támogatja a GPU gyorsítás hardveres támogatását, amely a hagyományos CPU-t és a nagy teljesítményű integrált GPU-t ugyanarra a chipre egyesíti, mint a heterogén rendszerarchitektúrát, bár ez nem látott sok iparági felvételt néhány speciális alkalmazásból.

Van valami, amit hozzá kell adni a magyarázathoz? Kikapcsolja a megjegyzéseket. Szeretne további válaszokat olvasni más tech-savvy Stack Exchange felhasználóktól? Nézze meg a teljes beszélgetés szálát itt.

Képhitel: Mirko Waltermann (Flickr)