Kā Hyper Threading darbojas Intel Core i7 procesoros?

Jūs esat dzirdējis terminu Hyper-Threading daudzas reizes. Domājams, ka tā ir kāda maģiska tehnoloģija, kas divkāršo jūsu procesora ātrumu, tiklīdz tas ir iespējots. Uzņēmumi to var vai nu ieslēgt, vai izslēgt un iekasēt daudz vairāk kā piemaksu.

Es gribētu teikt, ka tas viss ir pilnīgs absurds un ka šī raksta mērķis ir jūs izglītot, lai jūs labāk saprastu, kas ir Hyper-Threading. Šis raksts būs ļoti draudzīgs iesācējiem.

Priekšvārds

Vecākās dienās, ja Intel vai AMD būtu jāveido ātrāks procesors, tie parasti palielinātu potenciālo tranzistoru skaitu, tos samazinot un vairāk ievietojot tajā pašā telpā, un mēģināja palielināt to frekvences (mērot MHz / GHz). Visiem centrālajiem procesoriem bija tikai viens kodols. Centrālie procesori kļuva par 32 bitu un varēja apstrādāt operatīvo atmiņu līdz 4 GB. Vēlāk viņi pārcēlās uz 64 bitu procesoriem, kas varēja apstrādāt RAM lēcienus vairāk nekā tikai 4 GB. Tad tika nolemts izmantot vairākus kodolus un sadalīt darba slodzi pa šiem vairākiem kodoliem, lai efektīvāk veiktu skaitļošanu. Visi kodoli sazinās viens ar otru, lai izplatītu jebkuru uzdevumu. Tiek teikts, ka šāds uzdevums ir vairāku pavedienu uzdevums.

CPU daļas

Centrālais procesors sastāv no šādām daļām, kas darbojas harmoniski. Kā minēts iepriekš, tas būs pārmērīgs vienkāršojums. Tas ir vienkārši avārijas kurss, un neuztveriet šo informāciju kā Evaņģēlija vārdu. Šīs daļas nav uzskaitītas noteiktā secībā:

• Plānotājs (faktiski OS līmenī)
• Fetcher
• Dekoders
• Kodols
• Vītne
• Kešatmiņa
• Atmiņa un I / O kontrolieris
• FPU (peldošā komata vienība)
• Reģistrē

Šo daļu funkcijas ir šādas

Atmiņa un I / O kontrolieris pārvalda datu ievadi un izeju uz CPU un no tā. Dati tiek nogādāti no cietā diska vai SSD uz RAM, pēc tam svarīgākie dati tiek ievietoti CPU kešatmiņā. Kešatmiņai ir 3 līmeņi. Piemēram, piemēram, Core i7 7700K L3 kešatmiņa ir 8 MB. Šo kešatmiņu koplieto viss procesors ar 2 MB katram kodolam. Datus no šejienes uztver ātrākā L2 kešatmiņa. Katram kodolam ir sava L2 kešatmiņa, kas kopā ir 1 MB un 256 KB uz vienu kodolu. Kā Core i7 gadījumā tam ir Hyper-Threading. Katram kodolam ir 2 pavedieni, tāpēc šo L2 kešatmiņu kopīgi izmanto abi pavedieni. L1 kešatmiņa kopā ir 256 KB ar 32 KB vienā pavedienā. Pēc tam dati nonāk reģistros, kas kopā ir 8 reģistri 32 bitu režīmā un 16 reģistri 64 bitu režīmā. OS (operētājsistēma) ieplāno procesus vai instrukcijas pieejamo pavedienu. Tā kā i7 ir 8 pavedieni, tas pārslēgsies uz pavedieniem un no tiem kodolos. Operētājsistēmas, piemēram, Windows vai Linux, ir pietiekami gudras, lai zinātu, kas ir fiziski un kas ir loģiski kodoli.

Kā darbojas Hyper Threading?

Tradicionālā daudzkodolu procesorā katram fiziskajam kodolam ir savi resursi, un katrs kodols sastāv no viena pavediena, kam ir neatkarīga piekļuve visiem resursiem. Hyper-Threading ietver 2 (vai retos gadījumos vairāk) pavedienus, kas koplieto tos pašus resursus. Plānotājs var pārslēgt uzdevumus un procesus starp šiem pavedieniem.

Tradicionālā daudzkodolu procesorā kodols var 'stāvēt' vai palikt dīkstāvē, ja tam nav piešķirti nekādi dati vai process. Šo stāvokli sauc par badu, un to veselīgi atrisina SMT vai Hyper-Threading.

Fiziskie un loģiskie kodoli (un kas ir pavedieni)

Izlasot gandrīz katra Core i5 specifikāciju lapu, pamanīsit, ka tajā ir 4 fiziski kodoli un 4 loģiski kodoli vai 4 pavedieni (Coffee Lake i5 ir 6 kodoli un 6 pavedieni). Visi i7 līdz 7700K ir 4 kodoli un 8 pavedienu / loģiskie kodoli. Intel CPU arhitektūras kontekstā pavedieni un loģiskie kodoli ir tas pats. Kopš 1. paaudzes Nehalem līdz šodienai viņi nav mainījuši savas arhitektūras izkārtojumu ar Coffee Lake, tāpēc šī informācija saglabāsies. Vecākiem AMD procesoriem ar šo informāciju nepietiks, taču arī Ryzen ir daudz mainījis to izkārtojumu, un to procesori pēc konstrukcijas tagad ir līdzīgi Intel.

Hyper Threading priekšrocības

• Hyper-Threading atrisina “bada” problēmu. Ja kodols vai pavediens ir brīvs, plānotājs var tam nodot datus, nevis pamata atlikušo dīkstāvi vai gaidīt, kad caur to plūst citi jauni dati.
• Daudz lielāku un paralēlu darba slodzi var veikt ar lielāku efektivitāti. Tā kā paralēlai darbībai ir vairāk pavedienu, lietojumprogrammas, kas ir ļoti atkarīgas no vairākiem pavedieniem, var ievērojami uzlabot savu darbu (tomēr ne divreiz ātrāk).
• Ja jūs spēlējat spēles un fonā darbojas kāds svarīgs uzdevums, centrālais procesors necentīsies nodrošināt atbilstošus rāmjus un vienmērīgi izpildīt šo uzdevumu, jo tas var pārslēgt resursus starp pavedieniem.

Hyper Threading trūkumi

Tālāk nav daudz trūkumu, drīzāk tie ir vairāk neērtības.

• Lai izmantotu Hyper-Threading, tā jāievieš no programmatūras līmeņa. Pat ja tiek izstrādātas arvien jaunas lietojumprogrammas, lai izmantotu vairāku pavedienu priekšrocības, lietojumprogrammas, kas neizmanto nevienu SMT (vienlaicīga vairāku pavedienu) tehnoloģiju vai pat vairākus fiziskus kodolus, neatkarīgi no tā darbosies tieši tāpat. Šo lietojumprogrammu veiktspēja ir vairāk atkarīga no procesora pulksteņa ātruma un IPC.
• Hyper-Threading var izraisīt CPU radīt vairāk siltuma. Tāpēc i5s mēdza pulksteni rādīt daudz augstāk nekā i7s, jo tie nesasildītu tik daudz, cik tiem būtu mazāk pavedienu.
• Vairākiem pavedieniem kodolā ir vieni un tie paši resursi. Tāpēc veiktspēja nedubultojas. Tā vietā tā ir ļoti gudra metode, lai maksimizētu efektivitāti un uzlabotu veiktspēju, kur vien iespējams.

Secinājums

Hyper-Threading ir veca tehnoloģija, taču tā ir palikšana. Tā kā lietojumprogrammas kļūst arvien prasīgākas un pieaug Mūra likumu mirstības līmenis, spēja paralēli darba slodzēm ir ievērojami uzlabojusi veiktspēju. Spēja izpildīt daļēji paralēlas slodzes palīdz palielināt produktivitāti un ātrāk paveikt darbu bez stostīšanās. Un, ja vēlaties iegādāties labāko mātesplati savam 7. paaudzes i7 procesoram, apskatiet to šo rakstu.

Pēdējais atjauninājums 2021. gada 5. maijā plkst. 22:02 / Saistītās saites / Attēli no Amazon Product Advertising API