Как включить все ядра процессора. Вся правда о многоядерных процессорах

Многоядерные процессоры представляют собой центральные процессоры, в которых содержится более двух вычислительных ядер. Такие ядра могут находиться как в одном корпусе, так и на одном процессорном кристалле.

Что такое многоядерный процессор?

Чаще всего под многоядерными процессорами понимают центральные процессоры, в которых несколько вычислительных ядер интегрированы в одну микросхему (то есть они расположены на одном кристалле кремния).

Обычно тактовая частота в многоядерных процессорах намеренно занижается. Это делают для того, чтобы сократить энергопотребление, сохранив при этом требуемую производительность процессора. Каждое ядро при этом представляет собой полноценный микропроцессор, для которого характерны черты всех современных процессоров - он использует многоуровневый кэш, поддерживает внеочередное исполнение кода и векторные команды.

Hyper-threading

Ядра в многоядерных процессорах могут поддерживать технологию SMT, позволяющую исполнять несколько потоков вычислений и создавать на основе каждого ядра несколько логических процессоров. На процессорах, которые выпускает компания Intel, такая технология называется «Hyper-threading». Благодаря ей можно удваивать число логических процессоров по сравнению с числом физических чипов. В микропроцессорах, поддерживающих эту технологию, каждый физический процессор способен сохранять состояние двух потоков одновременно. Для операционной системы это будет выглядеть, как наличие двух логических процессоров. Если в работе одного из них возникает пауза (например, он ждет получения данных из памяти), другой логический процессор приступает к выполнению собственного потока.

Виды многоядерных процессоров

Многоядерные процессоры подразделяются на несколько видов. Они могут поддерживать использование общей кэш-памяти, а могут не поддерживать. Связь между ядрами реализуется на принципах использования разделяемой шины, сети на каналах точка-точка, сети с коммутатором или использования общего кэша.

Принцип работы

Большинство современных многоядерных процессоров работает по следующей схеме. Если запущенное приложение поддерживает многопоточность, оно может заставлять процессор выполнять несколько заданий одновременно. Например, если в компьютере используется 4-ядерный процессор с тактовой частотой 1.8 ГГц, программа может «загрузить» работой сразу все четыре ядра, при этом суммарная частота процессора будет составлять 7.2 ГГц. Если запущено сразу несколько программ, каждая из них может использовать часть ядер процессора, что тоже приводит к росту производительности компьютера.

Многие операционные системы поддерживают многопоточность, поэтому использование многоядерных процессоров позволяет ускорить работу компьютера даже в случае приложений, которые многопоточность не поддерживают. Если рассматривать работу только одного приложения, то использование многоядерных процессоров будет оправданным лишь в том случае, если это приложение оптимизировано под многопоточность. В противном случае, скорость работы многоядерного процессора не будет отличаться от скорости работы обычного процессора, а иногда он будет работать даже медленнее.

Для современных операционных систем таких как Windows 7 или новоявленной Windows 8.1 одного или двух ядер процессора в системном блоке уже не достаточно. Поэтому производители стремятся как можно больше добавить ядер в современные ПК. но и сэкономить на цене. В основном сейчас выпускают двух, четырех ядерные ноутбуки и четырех ядерные процессоры для компьютеров.

Иногда, в процессе осваивания персонального компьютера или ноутбука у пользователя возникает вопрос R12; а сколько же ядер в его компьютере? Многие хотят узнать сколько ядер процессора в его компьютере.

Как узнать? Сделать это очень просто. Существую программы с помощью которых можно узнать многие параметры системы, такие как видеокарта, звуковая карта, объем оперативной памяти, температуру и так далее. Для этих целей очень хорошо подходит программа Everest или как раньше она называлась Aida. Есть отдельные программы с помощью которых можно узнать только про видеокарту или только о процессоре. Но в нашем случае ничего этого не потребуется. Мы будем узнавать сколько в нашем компьютере ядер встроенными средствами Windows.

Итак начнем!

СПОСОБ 1.

Для этого заходим открываем меню «ПУСК» и в правой стороне менюшки ищем Пункт «Компьютер» и нажимаем на него правой кнопкой мыши

Тем самым вызываем окно, где нужно выбрать пункт «Свойства»

Попадаем в свойства компьютера, где мы можем просмотреть размер оперативной памяти, тип процессора но не количество ядер, а чтоб узнать сколько их в процессоре нужно найти в левой части строчку «Диспетчер устройств».

Заходим в диспетчер устройств и находим строчку «Процессоры». Чтоб развернуть ее нажимаем на маленький треугольник напротив пункта «Процессоры»

И видим число ядер в процессоре. Я узнал, что у меня четыре ядра. У Вас может быть и два и три и четыре и шесть.

СПОСОБ 2. (еще проще)

Нам нужно запустить диспетчер задач, для этого кликаем правой кнопкой мышки на панели быстрого запуска и в открывшемся окне выбираем пункт «Запустить диспетчер задач»

В верхней панели диспетчера выбираем вкладку «Быстродействие» и смотрим хронологию загрузки центральной памяти. Каждое отдельное окно и показывает загрузку ядра. То есть у меня 4 окна а значит и четыре ядра.

Теперь Вы знаете как просто узнать сколько ядер у Вас в компьютере!

В наше время принято считать, что двухъядерный процессор – это удел бюджетных компьютеров. «Настоящий» CPU начинается с 4-х ядер. Долгое время этого действительно было достаточно, и многочисленное ПО с успехом использовало все предоставляемые ресурсы. Сейчас же вполне обычными стали 6-ядерные процессоры и далее более «ядреные». Насколько актуально увеличение многопоточности в играх? Ресурс uk.hardware.info провел тестирование с целью определить, сколько ядер нужно для игр, где предел разумности наращивания этих вычислительных блоков при выборе процессора и, соответственно, трат на отнюдь не дешевые «камни». Предлагаю вольный перевод этого тестирования.

Цель проверки и участники

Цель – определить, сколько денег готовить для покупки процессора, о котором можно будет не беспокоиться, что он станет узким местом в собираемой игровой системе. Естественно, это тестирование интересно для того, чей бюджет, выделенный для приобретения комплектующих, небезграничен, и хочется наиболее эффективно вложить каждый рубль в гигагерцы (гигабайты и т. п.).

Попутно попытаемся решить, во что инвестировать лучше всего, в дополнительные ядра процессора, или в более быстродействующую видеокарту, или же купить . Важно понять, насколько та или иная игра способна работать с несколькими ядрами и насколько увеличивается быстродействие (если увеличивается вообще) c ростом их количества.

Для тестирования был собран следующий стенд:

• Процессор — Intel Core i9 7900X Skylake-X 10-core CPU @ 4.5 ГГц.
• Материнская плата — ASUS Strix X299-XE Gaming.

Также проверки проводились с использованием процессора AMD, для чего был собран следующий стенд:

• Процессор – AMD Ryzen 7 2700X на штатных частотах и с использованием всех доступных ядер.
• Материнская плата — Asus Crosshair VII Hero WiFi.
• Память — G.Skill Trident Z 32 ГБ DDR4-3200 CL14.
• Видеокарта — NVidia GeForce GTX 1080 Ti.
• Накопитель — 2x SSD Samsung 840 Evo 1ТБ.
• ОС — Windows 10 64-bit (1803 Update).

Выбранный процессор Intel позволяет отключать ядра и потоки для имитации CPU с разной конфигурацией вычислительных блоков.

Тестирование осуществлялось в нескольких разрешениях экрана: FullHD, WQHD и Ultra HD при средних и ультра настройках графики. Забегая немного вперед, в высоких разрешениях «бутылочным» горлышком становилась видеокарта, что снижает ценность проверки процессоров, но все же кое-какую информацию к размышлению дает.

Результаты тестирования

Assassin’s Creed Origins (DX11)

Игра хорошо масштабируется, но только до определенного предела.

Двухъядерный процессор явно уже не годится, т. к. существенно снижает быстродействие, а оптимальным оказывается наличие 4-х ядер, причем в конфигурации с 8-ю потоками, либо же процессор с 6-ю ядрами без HyperThreading. Дальнейшее увеличение ядер если и приносит результат, то уже не столь существенный.

Call of Duty: WW2 (DX11)

Игра, мягко говоря, не очень в курсе с тем, что делать с увеличением количества ядер.

Разница, хотя и весьма небольшая, наблюдается разве что при разрешении FullHD при средних настройках. С увеличением качества картинки минимальный разброс результатов вполне можно списать на погрешности измерения.

Destiny 2 (DX11)

Этой игре нужен процессор с 4-мя ядрами, как минимум. Впрочем, большее их количество оказывается невостребованным. Справедливости ради надо сказать, что это верно для невысоких разрешений (не более FullHD) и для средне-высоких настроек графики.

С возрастанием нагрузки на видеокарту роль процессора в быстродействии снижается, и разницы между самым «хилым» двухъядерником и топовым CPU сводится к нулю.

F1 2017 (DX11)

Здесь похожее поведение, что и в прошлой игре.

Двухъядерник заметно снижает производительность, но, опять-таки, при не самых высоких разрешениях. Начиная с ультра настроек в 1440p разница между «камнями» минимальна. Впрочем, несколько выделяется 10-ядерник в некоторых режимах. Да и Ryzen очень хорошо себя чувствует именно при высокой нагрузке.

Far Cry 5 (DX11)

Еще одна игра, которая равнодушна к количеству ядер у процессора.

При высоких разрешениях чуть выделяются CPU в конфигурации 6C/12T и 10C/20T, но, право, увеличение FPS настолько незначительно, что это не оправдывает переплату за эти ядра.

Final Fantasy XV (DX11)

Можно сказать с уверенностью, что двухъядерный процессор — «тормоз» для этой игры в разрешениях FullHD и 1440p.

Впрочем, и к варианту с 4-мя ядрами и без HyperThreading могут быть претензии. Все что выше – показывает очень близкие результаты. AMD Ryzen хорош во всех режимах.

Fortnite (DX11)

Единственное заметное различие – при разрешении FullHD и средних настройках качества изображения. Отстали двухъядерный Intel и, как ни странно, у AMD результаты ниже примерно на 15%. Остальная группа «товарищей» держится очень сплоченно. При увеличении нагрузки на графический процессор разница между CPU нивелируется.

Ghost Recon: Wildlands (DX11)

Еще одно подтверждение, что два ядра по нашим временам уже мало.

В условиях, когда видеокарта еще не загружена «под завязку», недостаток вычислительных блоков проявляется заметно.

Можно заметить, что во всех режимах 6-ядерники уступают 4-ядерникам, причем наличие двух дополнительных «железных» ядер уступает четырем потокам HyperThreading. Справедливости ради, речь идет о разнице в 1-2 FPS, и этим вполне можно пренебречь.

Middle Earth: Shadow of War (DX11)

Опять привычная уже картина – при невысокой нагрузке на видеокарту, двухъядерник отстает.

Начиная с конфигурации 4С/4Т разницы между процессорами практически никакой.

Need for Speed: Payback (DX11)

Движок Frostbite, на котором построена эта игра, знает, как распоряжаться предоставляемыми ресурсами.

Правда, наиболее заметный прирост происходит при переходе с 2-х на 4 ядра, причем, желательно, чтобы был еще и HyperThreading. Либо 6 ядер в любой конфигурации.

PlayerUnknown’s Battlegrounds (DX11)

Хорошо чувствуют себя процессоры с 4-мя ядрами и выше.

Двухъядерник уступает в большинстве вариантов. Причем, наибольший эффект достигается при наличии 6-ти ядер.

Prey (DX11)

Игра плохо масштабируется по ядрам.

Разве что на максимальных настройках в FullHD процессоры выстраиваются в соответствии с иерархией. А в 4K двухъядерник позволяет получить то же количество FPS, что и десятиядерник. Причем, заметно явное благоволение к наличию HyperThreading, хотя эффект от его использования исчисляется несколькими FPS.

В низких разрешениях хуже всего проявляет себя AMD, уступая всем и заметно. Правда, чем выше разрешение и настройки графики, тем оправданнее использование именно этого «камня».

Total War: Warhammer (DX11)

Игра хорошо относится к наличию у процессора 6 ядер.

В большинстве случаев это оказывается оптимальным вариантом.

The Witcher 3 (DX11)

«Ведьмак» слабо реагирует на многоядерность.

Практически все преимущество дает переход с 2-х на 4 ядра. Да и то, проявляется это при FullHD и средних настройках графики.

Battlefield 1 (DX12)

Движок Frostbite хорошо масштабируется вплоть до 6 ядер и 12 потоков.

Дальнейшее увеличение «крутизны» процессора уже никак не сказывается. Оптимальным выбором оказываются именно шестиядерники, или, в крайнем случае, четырехъядерник, но обязательно с HyperThreading «на борту».

Неплохо выглядит AMD Ryzen, хотя и проигрывая в разрешении FullHD, но в 1440p показывает практически те же результаты, в то время как Intel «опускается» до уровня AMD.

Forza Motorsport 7 (DX12)

Игра также хорошо масштабируется, и наличие 8 потоков или 6 ядер – оптимальная конфигурация для Forza Motorsport 7. Все, что ниже – будет являться «узким местом» в системе.

The Division (DX12)

Двух ядер для этой игры мало.

Нужно хотя бы вдвое больше, и желательно с HyperThreading. Дальнейшее увеличение многоядерности прибавления FPS не приносит. И опять, наличие 8 потоков или 6 «железных» ядер – самый оптимальный вариант.

Wolfenstein 2: The New Colossus (Vulkan)

Игра, использующая собственный движок и собственное же APi, больше всего нагружает видеокарту, а какой используется процессор – это уже не столь важно. Небольшое увеличение FPS при наличии 6 ядер наблюдается, но разница укладывается в несколько процентов.

Заключение. Многоядерность – так сколько ядер нужно для игр?

Как показало тестирование, наиболее «ядерозависимыми» являются игры Forza Motorsport 7, Assassin’s Creed: Origins, Battlefield 1 и Need For Speed Payback. Естественно, речь идет, за редким исключением, о разрешениях FullHD и не самых высоких настройках графики.

Разница в производительности между двухъядерником и 10-ядерником может доходить до двукратной. Использование 4-х ядер снижает этот гандикап вдвое, доводя до 50%, а наличие HyperThreading сводит притягательность топовых «камней» почти на нет. В ряде случаев заметна разница при наличии удвоенного числа потоков по отношению к ядрам.

С ростом разрешения экрана в подавляющем большинстве случаев разницы между CPU нет, т. к. в данном случае основная нагрузка ложится на видеопроцессор.

Если говорить о привлекательности с точки зрения показываемой процессорами производительности, то ситуация во многом зависит от того, в каком разрешении запускаются игры.

• 1080p (FullHD). При средних настройках графики оптимальным выбором являются процессоры начиная с 4C/8T до 6C/12T. Невысокая загрузка видеокарты, особенно топовой, выявляет недостаток производительности двухъядерного процессора. При переходе же на ультра настройки, разница между CPU сокращается. AMD Ryzen показывает результаты на уровне интеловского 4C/8T.
• 1440p. Здесь больше сказывается производительность видеокарты, нежели процессора, что отражается в небольшой разнице между процессорами. Даже двухъядерник уступает от силы 7-8%, и то при средних настройках графики переход к «ультре» снижает процессорозависимость. Очень привлекательным становится AMD.
• 2160p. Все зависит от возможностей видеокарты. Преимущества того или иного CPU исчисляются долями процента, максимум – 1-2%, чем вполне можно пренебречь. Преимуществ у мощного, и дорогого, 10-ядерного CPU перед более доступным 4-ядерным практически нет.

Если переходить к выбору CPU, то, строго говоря, даже такие бюджетные решения, как Intel Pentium G4560, Pentium G5400 и сходные с ними вполне справляются со своей задачей. И все же не стоит обольщаться. Более мощные процессоры позволят получить больше кадров в минуту, обеспечить отсутствие или сведение к минимуму «проседания» FPS за счет более высоких вычислительных возможностей. Время двухъядерников уходит.

Сложно представить ситуацию, когда к топовой видеокарте (а, скорее всего, и к не самой дешевой материнке, памяти и т. п.) в компанию приобретается бюджетный CPU. Раскрыть возможности видеокарты не удастся. Разве что на высоких разрешениях.

А вот вариант с 4C/12T или 6C/6T выглядит уже гораздо более привлекательным. Причем, вариант 6C/12T более-менее заметных преимуществ не дает. Наличие же 10 и более ядер для игр никакого значения не имеет.

При переходе к высоким разрешениям внимание должно переключаться не столько на процессор, сколько на возможности и класс видеокарты. Именно она становится ограничителем в достижении больших значений FPS и высоких настроек графики.

Что же касается многоядерности, то тут возникает несколько другая ситуация. Если все же FullHD для вас мало, то, учитывая невысокое масштабирование игр по ядрам, лучше отдать предпочтение более высокой частоте их работы, нежели количеству, но с меньшим количеством МГц. А если еще и будет возможность разогнать такой процессор, то тогда совсем все хорошо.

Если рассматривать вопрос, что лучше, процессор с HyperThreading или без, то, если судить по результатам тестирования, CPU c 4С/8Т практически соответствует 6С/6Т, хотя последний чуть лучше в низких разрешениях. Ну а если брать комбинацию 6С/12Т, то получаем практически идеальный вариант, который позволит получить максимальное количество FPS, и при этом можно не бояться появления каких-либо «провалов» при большой нагрузке.

Это все ситуация на сегодняшний день. А что будет завтра, с выходом новых игр или новых их версий? Было бы неплохо знать, насколько разработчики уделяют времени масштабированию игровых движков, но сие знание тайное, и как-то не особо афишируемое. На данный момент это явно не в главных приоритетах у создателей игр.

С одной стороны, использование 4-х ядер/потоков в подавляющем большинстве случаев гарантирует максимальную или близкую к таковой производительность в разрешениях не более FullHD. Посему и заниматься распараллеливанием вычислений надобности нет.

Что же касается перехода на 2К, 4К и выше, тут понадобятся уже более серьезные вычислительные мощности, но возникает другая проблема – существующие видеопроцессоры пока что с трудом «переваривают» такую нагрузку, а посему, и заниматься масштабированием на несколько ядер необходимости нет, т. к. 4-6 вполне справляются с тем, чтобы загрузить видеокарту «по ватерлинию».

Вот выйдет новое поколение графических чипов (ожидаемое в скором времени NVidia 11-го поколения), тогда и посмотрим.

И все это приводит к следующему. Даже для топовой, или предтоповой, игровой системы лучшим выбором является процессор минимум с 4-мя ядрами и 8-ю потоками, или же вариант с 6-ю ядрами. Идеальный вариант, если у них еще будет разгонный потенциал.

Это, кстати, оптимально и по цене, ибо такие «камни» вполне доступны. Например,6-ядерный Intel Core i5 8600K обойдется примерно в 18000 руб., вариант с HyperThreading в виде Intel Core i7 8700K уже тысяч на 6 дороже. Кстати, 4-ядерный 8-поточный i7 7700K идет примерно в ту же цену. Чуть дешевле, примерно на 1000 руб., AMD Ryzen 7 2700X.

Для примера, самый дешевый 10-ядерный Intel Core i9 7900X, который может дать дополнительные несколько FPS, обойдется минимум вдвое дороже, чем i7 8700K. Не забудем, что это уже совсем другой уровень, и материнская плата понадобится уже совсем другая, с сокетом 2066.

Так что, многоядерность – это неплохо, но и про мегагерцы забывать не стоит, игры их любят. Хороших и быстрых процессоров, высоких FPS и победы над врагами!

* всегда актуальные вопросы, на что стоит обращать внимание при выборе процессора, чтобы не ошибиться.

Наша цель в данной статье — описать все факторы влияющие на производительность процессора и другие эксплуатационные характеристики.

Наверняка ни для кого не секрет, что процессор – является главной вычислительной единицей компьютера. Можно даже сказать – самая главная часть компьютера.

Именно он занимается обработкой практически всех процессов и задач, которые происходят в компьютере.

Будь то — просмотр видео, музыка, интернет сёрфинг, запись и чтение в памяти, обработка 3D и видео, игр. И многого другого.

Поэтому к выбору Ц ентрального П роцессора, стоит отнестись очень тщательно. Может получиться ситуация, что вы решили поставить мощную видеокарту и не соответствующий её уровню процессор. В этом случае процессор, не будет раскрывать потенциал видеокарты, что будет тормозить её работу. Процессор будет полностью загружен и буквально кипеть, а видеокарта будет ожидать своей очереди, работая на 60-70% от своих возможностей.

Именно поэтому, при выборе сбалансированного компьютера, не стоит пренебрегать процессором в пользу мощной видеокарты. Мощности процессора должно быть достаточно для раскрытия потенциала видеокарты, иначе это просто выброшенные деньги.

Intel vs. AMD

*догонялки навсегда

Корпорация Intel , располагает огромными человеческими ресурсами, и почти неисчерпаемыми финансами. Многие инновации в полупроводниковой индустрии и новые технологии идут именно из этой компании. Процессоры и разработки Intel , в среднем на 1-1,5 года опережают наработки инженеров AMD . Но как известно, за возможность обладать самыми современными технологиями – приходится платить.

Ценовая политика процессоров Intel , основывается как на количестве ядер , количестве кэша , но и на «свежести» архитектуры , производительности на такт ватт , техпроцесса чипа . Значение кэш-памяти, «тонкости техпроцесса» и другие важные характеристики процессора рассмотрим ниже. За обладание такими технологии как и свободного множителя частоты, тоже придётся выложить дополнительную сумму.

Компания AMD , в отличии от компании Intel , стремится к доступности своих процессоров для конечного потребителя и к грамотной ценовой политике.

Можно даже сказать, что AMD – «Народная марка ». В её ценниках вы найдёте то, что вам нужно по очень привлекательной цене. Обычно через год, после появления новой технологии у компании Intel , появляется аналог технологии от AMD . Если вы не гонитесь за самой высокой производительностью и больше обращаете внимание на ценник, чем на наличие передовых технологий, то продукция компании AMD – именно для вас.

Ценовая политика AMD , больше основывается на количестве ядер и совсем немного — на количестве кэш памяти, наличии архитектурных улучшений. В некоторых случаях, за возможность обладать кэш памятью третьего уровня, придётся немного доплатить (Phenom имеет кэш память 3 уровня, Athlon довольствуется только ограниченной, 2 уровня). Но иногда AMD «балует» своих фанатов возможность разблокировать более дешёвые процессоры, до более дорогих. Разблокировать можно ядра или кэш-память. Улучшить Athlon до Phenom . Такое возможно благодаря модульной архитектуре и при недостатке некоторых более дешёвых моделей, AMD просто отключает некоторые блоки на кристалле более дорогих (программно).

Ядра – остаются практически неизменными, отличается только их количество (справедливо для процессоров 2006-2011 годов). За счёт модульности своих процессоров, компания отлично справляется со сбытом отбракованных чипов, которые при отключении некоторых блоков, становятся процессором из менее производительной линейки.

Компания много лет работала над совершенно новой архитектурой под кодовым именем Bulldozer , но на момент выхода в 2011 году, новые процессоры показали не самую лучшую производительность. AMD грешила на операционные системы, что они не понимают архитектурных особенностей сдвоенных ядер и «другой многопоточности».

Со слов представителей компании, следует ждать особых исправлений и заплаток, чтобы ощутить всю производительность данных процессоров. Однако в начале 2012 года, представители компании отложили выход обновления для поддержки архитектуры Bulldozer на вторую половину года.

Частота процессора, количество ядер, многопоточность.

Во времена Pentium 4 и до него – частота процессора , была главным фактором производительности процессора при выборе процессора.

Это не удивительно, ведь архитектуры процессоров — специально разрабатывались для достижения высокой частоты, особенно сильно это отразилось как раз в процессоре Pentium 4 на архитектуре NetBurst . Высокая частота, была не эффективна при том длинном конвейере, что был использован в архитектуре. Даже Athlon XP частотой 2Ггц , по уровню производительности был выше чем Pentium 4 c 2,4Ггц . Так что, это был чистой воды маркетинг. После этой ошибки, компания Intel осознала свои ошибки и вернулась на сторону добра начала работать не над частотной составляющей, а над производительностью на такт. От архитектуры NetBurst пришлось отказаться.

Что же нам даёт многоядерность ?

Четырёх-ядерный процессор с частотой 2,4 Ггц , в много-поточных приложениях, теоретически будет примерным эквивалентом, одноядерного процессора с частотой 9,6Ггц или 2-х ядерному процессору с частотой 4,8 Ггц . Но это только теоретически . Практически же, два двухъядерных процессора в двух сокетной материнской плате, будут быстрее одного 4-ядерного, на той же частоте функционирования. Ограничения по скорости шины и задержки памяти дают о себе знать.

* при условии одинаковых архитектур и количества кэш памяти

Многоядерность, даёт возможность выполнять инструкции и вычисления по частям. К примеру нужно выполнить три арифметических действия. Первые два выполняются на каждом из ядер процессора и результаты складываются в кэш-память, где с ними может быть выполнено следующее действие любым из свободных ядер. Система очень гибкая, но без должной оптимизации может и не работать. Потому очень важна оптимизация под многоядерность для архитектуры процессоров в среде ОС.

Приложения, которые «любят» и используют многопоточность: архиваторы , плееры и кодировщики видео , антивирусы , программы дефрагментаторы , графические редакторы , браузеры , Flash .

Так же, к «любителям» многопоточности, можно отнести такие операционные системы как Windows 7 и Windows Vista , а так же многие ОС , основанные на ядре Linux , которые работают заметно быстрее при наличии многоядерного процессора.

Большинству игр , бывает вполне достаточно 2-х ядерного процессора на высокой частоте. Сейчас однако, выходит всё больше игр «заточенных» под многопоточность. Взять хотя бы такие SandBox игры, как GTA 4 или Prototype , в которые на 2-х ядерном процессоре с частотой ниже 2,6 Ггц – комфортно себя не чувствуешь, фреймрейт проваливается ниже 30 кадров в секунду. Хотя в данном случае, скорее всего причиной таких казусов является «слабая» оптимизация игр, недостаток времени или «не прямые» руки тех, кто переносил игры с консолей на PC .

При покупке нового процессора для игр, сейчас стоит обращать внимание на процессоры с 4-мя и более ядрами. Но всё же, не стоит пренебрегать 2-х ядерными процессорами из «верхней категории». В некоторых играх, данные процессоры чувствуют себя порой лучше, чем некоторые многоядерные.

Кэш память процессора.

– это выделенная область кристалла процессора, в которой обрабатываются и хранятся промежуточные данные между процессорными ядрами, оперативной памятью и другими шинами.

Она работает на очень высокой тактовой частоте (обычно на частоте самого процессора), имеет очень высокую пропускную способность и процессорные ядра работают с ней напрямую (L1 ).

Из-за её нехватки , процессор может простаивать в трудоёмких задачах, ожидая пока в кэш поступят новые данные для обработки. Так же кэш-память служит для записи часто повторяющихся данных, которые при необходимости могут быть быстро восстановлены без лишних вычислений, не заставляя процессор тратить время на них снова.

Производительности, так же добавляет факт, если кэш память объединённая, и все ядра равноправно могут использовать данные из неё. Это даёт дополнительные возможности для многопоточной оптимизации.

Такой приём, сейчас используется для кэш памяти 3-го уровня . У процессоров Intel существовали процессоры с объединённой кэш памятью 2-го уровня (C2D E 7*** , E 8*** ), благодаря которым и появился данный способ увеличить многопоточную производительность.

При разгоне процессора, кэш память может стать слабым местом, не давая разогнать процессор больше, чем её предельная частота функционирования без ошибок. Однако плюсом является то, что она будет работать на той же частоте, что и разогнанный процессор.

В общем, чем больше кэш памяти, тем быстрее процессор. В каких именно приложениях?

Во всех приложениях, где используется множество числовых данных с плавающей запятой, инструкций и потоков, кэш память активно используется. Кэш память очень любят архиваторы , кодировщики видео , антивирусы и графические редакторы и т.д.

Благоприятно к большому количеству кэш-памяти относятся игры . Особенно стратегии, авто-симуляторы, RPG, SandBox и все игры, где есть много мелких деталей, частиц, элементов геометрии, потоков информации и физических эффектов.

Кэш память играет очень немалую роль в раскрытии потенциала систем с 2-мя и более видеокартами. Ведь какая то доля нагрузки, ложится на взаимодействие ядер процессора как между собой, так и для работы с потоками нескольких видео-чипов. Именно в этом случае важна организация кэш — памяти, и очень полезна кэш память 3-го уровня большого объёма.

Кэш память, всегда оснащается защитой от возможных ошибок (ECC ), при обнаружении которых, ведётся их исправление. Это очень важно, ведь маленькая ошибочка в кэш памяти, при обработке может превратиться в гигантскую, сплошную ошибку, от которой «ляжет» вся система.

Фирменные технологии.

(гипер-поточность, HT )–

впервые технология была применена в процессорах Pentium 4 , но работала не всегда корректно и зачастую больше тормозила процессор, чем ускоряла. Причиной был слишком длинный конвейер и не доведённая до ума система предсказания ветвлений. Применяется компанией Intel , аналогов технологии пока нет, если не считать аналогом то? что реализовали инженеры компании AMD в архитектуре Bulldozer .

Принцип системы таков, что на каждое физическое ядро, создаётся по два вычислительных потока , вместо одного. То есть, если у вас 4-х ядерный процессор с HT (Core i 7 ), то виртуальных потоков у вас 8 .

Прирост производительности достигается за счёт того, что в конвейер могут поступать данные уже в его середине, а не обязательно сначала. Если какие то блоки процессора, способные выполнить это действие простаивают, они получают задачу к выполнению. Прирост производительности не такой как у настоящих физических ядер, но сопоставимый(~50-75%, в зависимости от рода приложения). Довольно редко бывает, что в некоторых приложениях, HT отрицательно влияет на производительность. Связано это с плохой оптимизацией приложений под данную технологию, невозможность понять, что присутствуют потоки «виртуальные» и отсутствие ограничителей для нагрузки потоков равномерно.

Turbo Boost – очень полезная технология, которая увеличивает частоту функционирования наиболее используемых ядер процессора, в зависимости от уровня их загруженности. Очень полезна тогда, когда приложение не умеет использовать все 4 ядра, и загружает только одно или два, при этом их частота работы повышается, что частично компенсирует производительность. Аналогом данной технологии у компании AMD , является технология Turbo Core .

, 3 dnow ! инструкции . Предназначены для ускорения работы процессора в мультимедиа вычислениях (видео, музыка, 2D/3D графика и т.д.), а так же ускоряют работу таких программ как архиваторы, программы для работы с изображениями и видео (при поддержке инструкций данными программами).

3dnow ! – довольно старая технология AMD , которая содержит дополнительные инструкции по обработке мультимедиа контента, помимо SSE первой версии .

*А именно возможность потоковой обработки вещественных чисел одинарной точности.

Наличие самой новой версии – является большим плюсом, процессор начинает более эффективно выполнять определённые задачи при должной оптимизации ПО. Процессоры AMD носят похожие названия, но немного другие.

* Пример — SSE 4.1(Intel) — SSE 4A(AMD).

К тому же, данные наборы инструкций не идентичны. Это аналоги, в которых есть небольшие отличия.

Cool’n’Quiet, SpeedStep, CoolCore, Enchanced Half State(C1E) и т . д .

Данные технологии, при низкой нагрузке уменьшают частоту процессора, посредством уменьшения множителя и напряжения на ядре, отключения части КЭШа и т.д. Это позволяет процессору гораздо меньше греться и потреблять меньше энергии, меньше шуметь. Если понадобится мощность, то процессор вернётся в обычное состояние за доли секунды. На стандартных настройках Bios практически всегда включены, при желании их можно отключить, для уменьшения возможных «фризов» при переключении в 3D играх.

Некоторые из этих технологий, управляют скоростью вращения вентиляторов в системе. К примеру, если процессор не нуждается в усиленном отводе тепла и не нагружен, скорость вентилятора процессора уменьшается (AMD Cool’n’Quiet, Intel Speed Step ).

Intel Virtualization Technology и AMD Virtualization .

Эти аппаратные технологии позволяют с помощью специальных программ запускать несколько операционных систем сразу, без какой либо сильной потери в производительности. Так же, её используют для правильной работы серверов, ведь зачастую, на них установлена далеко не одна ОС.

Execute Disable Bit и No eXecute Bit – технология, призванная защитить компьютер от вирусных атак и программных ошибок, которые могут вызвать крах системы посредством переполнения буфера .

Intel 64 , AMD 64 , EM 64 T – данная технология позволяет процессору работать как в ОС с 32-х битной архитектурой, так и в ОС с 64-х битной. Система 64 bit – с точки зрения выгоды, для рядового пользователя отличается тем, что в данной системе можно использовать более 3.25Гб оперативной памяти. В 32-х битных системах, использовать бо льший объём оперативной памяти не представляется возможным, из-за ограниченного объёма адресуемой памяти* .

Большинство приложений с 32-х bit архитектурой, можно запустить на системе с 64-х битной ОС.

* Что же поделать, если в далёком 1985 году, никто и подумать не мог о таких гигантских, по меркам того времени, объёмах оперативной памяти.

Дополнительно.

Пара слов о .

На этот пункт стоит обратить пристальное внимание. Чем тоньше техпроцесс, тем меньше процессор потребляет энергии и как следствие — меньше греется. И кроме всего прочего — имеет более высокий запас прочности для разгона.

Чем более тонкий техпроцесс, тем больше можно «завернуть» в чип (и не только) и увеличить возможности процессора. Тепловыделение и энергопотребление при этом тоже уменьшается пропорционально, благодаря меньшим потерям по току и уменьшению площади ядра. Можно заметить тенденцию, что с каждым новым поколением той же архитектуры на новом техпроцессе, растёт и энергопотребление, но это не так. Просто производители идут в сторону ещё большей производительности и перешагивают за черту тепловыделения прошлого поколения процессоров из-за увеличения числа транзисторов, которое не пропорционально уменьшению техпроцесса.

Встроенное в процессор .

Если вам не нужно встроенное видео ядро, то не стоит покупать процессор с ним. Вы получите только худший отвод тепла, лишний нагрев (не всегда), худший разгонный потенциал (не всегда), и переплаченные деньги.

К тому же те ядра, что встроены в процессор, годятся только для загрузки ОС, интернет сёрфинга и просмотра видео (и то не любого качества).

Тенденции на рынке все же меняются и возможность купить производительный процессор от Intel без видео ядра выпадает всё реже. Политика принудительного навязывание встроенного видео ядра, появилась с процессоров Intel под кодовым названием Sandy Bridge , основное новшество которых и было встроенное ядро на том же техпроцессе. Видео-ядро, находится совместно с процессором на одном кристалле , и не такое простое как в предыдущих поколениях процессоров Intel . Для тех кто его не использует, есть минусы в виде некоторой переплаты за процессор, смещённость источника нагрева относительно центра тепло — распределительной крышки. Однако есть и плюсы. Отключенное видео ядро, можно использовать для очень быстрой кодировки видео с помощью технологии Quick Sync вкупе со специальным, поддерживающим данную технологию ПО. В будущем, Intel обещает расширить горизонты использования встроенного видео ядра для параллельных вычислений.

Сокеты для процессоров. Сроки жизни платформ .

Intel ведёт грубую политику для своих платформ. Срок жизни каждой (срок начала и конца продаж процессоров для неё), обычно не превышает 1.5 — 2 года. К тому же, у компании есть несколько параллельно развивающихся платформ.

Компания AMD , ведёт противоположную политику совместимости. На её платформу на AM 3 , будут подходить все процессоры будущих поколений, поддерживающие DDR3 . Даже при выходе платформы на AM 3+ и более поздних, отдельно будут выпускаться либо новые процессоры под AM 3 , либо новые процессоры будут совместимы со старыми материнскими платами, и можно будет сделать безболезненный для кошелька апгрейд, поменяв только процессор (без смены мат.платы, ОЗУ и т.д.) и прошив материнской платы. Единственные нюансы несовместимости могут быть при смене типа , так как будет требоваться другой контроллёр памяти, встроенный в процессор. Так что совместимость ограниченная и поддерживается далеко не всеми материнскими платами. Но в целом, экономному пользователю или тем, кто не привык менять платформу полностью каждые 2 года — выбор производителя процессора понятен — это AMD .

Охлаждение процессора.

В стандартной комплектации, с процессором идёт BOX -овый кулер, который будет просто справляться со своей задачей. Представляет он из себя кусок алюминия с не очень высокой площадью рассеивания. Эффективные кулеры на тепловых трубках и закреплёнными на них пластинами, имеют конструкцию, предназначенную для высокоэффективного рассеивания тепла. Если вы не хотите слышать лишний шум от работы вентилятора, то вам стоит приобрести альтернативный, более эффективный кулер с тепловыми трубками, либо систему жидкостного охлаждения замкнутого или не замкнутого типа. Такие системы охлаждения, дополнительно дадут возможность разгона для процессора.

Заключение.

Все важные аспекты, влияющие на производительность и эксплуатационные характеристики процессора, были рассмотрены. Повторим, на что следует обращать внимание:

• Выбрать производителя
• Архитектура процессора
• Техпроцесс
• Частота процессора
• Количество ядер процессора
• Размер и тип кэш-памяти процессора
• Поддержка технологий и инструкций
• Качественное охлаждение

Надеемся, данный материал поможет вам разобраться и определиться в выборе соответствующего вашим ожиданиям процессора.

• 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

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.

Ядро

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.

Гиперпоток

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

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

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

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

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

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

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: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 0, 1 THREAD groupSMT group 2, 3 THREAD groupSMT group 4, 5 THREAD groupSMT group 6, 7 THREAD groupSMT group

В MS Windows 8 сведения о топологии можно увидеть в диспетчере задач Task Manager.