Ako funguje Hyper Threading v procesoroch Intel Core i7?

Termín Hyper-Threading ste už počuli mnohokrát. Má to byť nejaká magická technológia, ktorá po zapnutí zdvojnásobí rýchlosť vášho procesora. Spoločnosti ho môžu zapnúť alebo vypnúť a nabíjať oveľa viac ako prémiové.

Rád by som povedal, že to všetko je úplný nezmysel a že cieľom tohto článku je naučiť vás, aby ste lepšie pochopili, čo je to Hyper-Threading. Tento článok bude veľmi vhodný pre nováčikov.

Predslov

V starších dňoch, ak by Intel alebo AMD museli vyrábať rýchlejšie CPU, všeobecne by zvýšili potenciálny počet tranzistorov ich zmenšením a osadením viac do rovnakého priestoru a pokúsili sa zvýšiť ich frekvencie (merané v MHz / GHz). Všetky CPU mali iba jedno jediné jadro. CPU sa stali 32-bitovými a zvládli RAM až 4 GB. Neskôr prešli na 64-bitové procesory, ktoré zvládli skoky RAM a hranicu viac ako iba 4 GB. Potom bolo rozhodnuté použiť viac jadier a rozložiť pracovné zaťaženie medzi tieto viac jadier pre efektívnejšie výpočty. Všetky jadrá navzájom komunikujú, aby distribuovali akúkoľvek úlohu. O takejto úlohe sa hovorí, že je viacvláknová.

Časti CPU

CPU sa skladá z nasledujúcich častí, ktoré pracujú v harmónii. Ako už bolo spomenuté vyššie, bude to zjednodušenie. Toto je jednoducho nárazový kurz a neberte túto informáciu ako slovo evanjelia. Tieto diely nie sú uvedené v žiadnom konkrétnom poradí:

• Plánovač (v skutočnosti na úrovni OS)
• Fetcher
• Dekodér
• Jadro
• Závit
• Cache
• Pamäťový a I / O radič
• FPU (Floating Point Unit)
• Registre

Funkcie týchto častí sú nasledujúce

Pamäťový a I / O radič riadi vstup a výstup dát do a z CPU. Údaje sa prenášajú z pevného disku alebo disku SSD do pamäte RAM, potom sa dôležitejšie údaje prenášajú do vyrovnávacej pamäte procesora. Vyrovnávacia pamäť má 3 úrovne. Napr. Core i7 7700K má L3 cache 8 MB. Túto medzipamäť zdieľa celý procesor s rýchlosťou 2 MB na jadro. Dáta odtiaľto zachytáva rýchlejšia vyrovnávacia pamäť L2. Každé jadro má svoju vlastnú vyrovnávaciu pamäť L2, ktorá je spolu 1 MB a 256 KB na jadro. Ako v prípade Core i7 má Hyper-Threading. Každé jadro má 2 vlákna, takže túto vyrovnávaciu pamäť L2 zdieľajú obe vlákna. Celková vyrovnávacia pamäť L1 je 256 kB pri 32 kB na vlákno. Tu údaje potom vstupujú do registrov, ktoré sú celkom 8 registrov v 32-bitovom režime a 16 registrov v 64-bitovom režime. OS (operačný systém) plánuje procesy alebo pokyny do dostupného vlákna. Pretože v i7 je 8 vlákien, bude sa prepínať do a z vlákien v jadrách. Operačné systémy ako Windows alebo Linux sú dosť inteligentné na to, aby vedeli, čo sú fyzické jadrá a čo sú logické jadrá.

Ako funguje Hyper Threading?

V tradičnom viacjadrovom CPU má každé fyzické jadro svoje vlastné zdroje a každé jadro pozostáva z jedného vlákna, ktoré má nezávislý prístup ku všetkým zdrojom. Hyper-Threading zahŕňa 2 (alebo v ojedinelých prípadoch viac) vlákien zdieľajúcich rovnaké zdroje. Plánovač môže prepínať úlohy a procesy medzi týmito vláknami.

V tradičnom viacjadrovom procesore môže jadro „parkovať“ alebo zostať nečinné, ak nemá priradené žiadne údaje alebo proces. Tento stav sa nazýva hladovanie a je zdravo riešený pomocou SMT alebo Hyper-Threading.

Fyzické a logické jadrá (a čo sú vlákna)

Ak si prečítate špecifikačný list pre takmer každé Core i5, všimnete si, že má 4 fyzické jadrá a 4 logické jadrá alebo 4 vlákna (Coffee Lake i5s majú 6 jadier a 6 vlákien). Všetky i7s do 7700K sú 4 jadrá a 8 vlákno / logické jadro. V kontexte architektúry procesorov Intel sú vlákna a logické jadrá to isté. Nezmenili usporiadanie svojej architektúry od 1. generácie Nehalem až do dnešného dňa s Coffee Lake, takže táto informácia vydrží. Tieto informácie nebudú stačiť pre staršie procesory AMD, ale Ryzen tiež zmenil veľa ich rozloženia a ich procesory sú teraz dizajnovo podobné procesorom Intel.

Výhody Hyper Threading

• Hyper-Threading rieši problém „hladovania“. Ak je jadro alebo vlákno voľné, plánovač mu môže odovzdať údaje namiesto toho, aby jadro zostalo nečinné alebo čakalo, kým ním pretečú nejaké ďalšie nové údaje.
• Oveľa väčšie a paralelné pracovné zaťaženie je možné dosiahnuť s vyššou účinnosťou. Pretože existuje viac vlákien na paralelizáciu, aplikácie, ktoré vo veľkej miere závisia od viacerých vlákien, môžu výrazne zvýšiť svoju prácu (aj keď nie dvakrát rýchlejšie).
• Ak hráte a na pozadí beží nejaká dôležitá úloha, procesor sa nebude snažiť poskytnúť adekvátne snímky a spustiť túto úlohu hladko, pretože môže prepínať zdroje medzi vláknami.

Nevýhody Hyper Threading

Nasledujúce položky nie sú veľa z nevýhod, ale skôr nepríjemností.

• Hyper-Threading vyžaduje implementáciu od úrovne softvéru, aby mohol využívať výhody. Aj keď sa stále viac a viac aplikácií vyvíja s cieľom využívať výhody viacerých vlákien, aplikácie, ktoré nevyužívajú výhody žiadnej technológie SMT (Simultánne viacvláknové vlákno) alebo dokonca viacerých fyzických jadier, budú bežať úplne rovnako bez ohľadu na to. Výkon týchto aplikácií závisí viac od taktu a IPC procesora.
• Hyper-Threading môže spôsobiť, že CPU bude vytvárať viac tepla. To je dôvod, prečo i5s používali hodiny oveľa vyššie ako i7s, pretože by sa neohriali toľko, pretože by mali menej vlákien.
• Viaceré vlákna zdieľajú rovnaké zdroje v jadre. To je dôvod, prečo sa výkon nezdvojnásobuje. Je to veľmi šikovná metóda na maximalizáciu efektívnosti a zvýšenie výkonu, kde je to možné.

Záver

Hyper-Threading je stará technológia, ale jedna tu zostane. Pretože sú aplikácie čoraz náročnejšie a zvyšujúca sa úmrtnosť podľa Mooreovho zákona, schopnosť paralelizovať pracovné zaťaženie pomohla výrazne zlepšiť výkon. Schopnosť spúšťať čiastočne paralelné pracovné zaťaženia pomáha zvyšovať vašu produktivitu a umožňuje vašu prácu rýchlejšie bez koktania. A ak hľadáte kúpiť najlepšiu základnú dosku pre svoj procesor i7 7. generácie, potom sa pozrite na to toto článok.

Posledná aktualizácia 2021-01-05 o 22:02 / Partnerské odkazy / Obrázky z Amazon Product Advertising API