Что такое ядра процессора и на что они влияют: как выбрать для разных задач

Что такое процессор компьютера?

• Любой персональный компьютер оснащен центральным процессором, который представляет собой отдельную системную плату, отвечающую за исполнение всех операций с данными и обеспечивающую управление всеми периферийными устройствами.
• Как правило, центральный процессор (ЦП) находится внутри специализированного корпуса из кремния, которой техники называют «кристалл». Среди производителей центральных процессоров крупнейшими компаниями являются фирмы Intel и AMD, которые ведут между собой ожесточенную борьбу за современный рынок компьютерных технологий, без остановки модернизируя и улучшая свою продукцию.
• Основу центрального процессора составляют транзисторы, резисторы и конденсаторы, чьей приоритетной задачей и является обработка данных. Перечисленные компоненты формируются с помощью наложения друг на друга определенным образом слоев из различных материалов. Расстояние между транзисторами, резисторами и конденсаторами принято измерять в нанометрах (нм) и чем меньше между этими компонентами нанометров, тем больше их поместится на кристалле. Соответственно, чем больше на кристалле располагается транзисторов, тем большей производительностью будет обладать процессор.
• Однако производительность процессора зависит не только от количества транзисторов на кристалле. Самым важным его параметром является тактовая частота, которая, согласно международным стандартам, измеряется в гигагерцах (ГГц). В процессоре существует специальный генератор, который создает импульсы, распространяемые по всему устройству. Эти импульсы заставляют синхронизироваться между собой различные элементы и служат, своего рода, командами для них. Таким образом, чем чаще генератор посылает импульсы, тем выше тактовая частота процессора. А чем выше тактовая частота, тем более эффективно процессор будет обрабатывать данные.

Виртуальная многоядерность, или hyper-threading

Существуют ещё и виртуальные процессорные ядра

. Технология Hyper-Threading в процессорах производства Intel заставляет компьютер «думать», что внутри двухядерного процессора на самом деле 4 ядра. Очень похоже на то, как один-единственный жёсткий дискделится на несколько логических— локальные диски C, D, E и так далее.

Hyper-Threading — весьма полезная в ряде задач технология

. Иногда бывает так, что ядро процессора задействовано лишь наполовину, а остальные транзисторы в его составе маются без дела. Инженеры придумали способ заставить работать и этих «бездельников», разделив каждое физическое процессорное ядро на две «виртуальные» части. Как если бы достаточно крупную комнату разделили перегородкой на две.

Имеет ли практический смысл такая уловка с виртуальными ядрами

? Чаще всего — да, хотя всё зависит от конкретных задач. Вроде, и комнат стало больше (а главное — они используются рациональнее), но площадь помещения не изменилась. В офисах такие перегородки невероятно полезны, в некоторых жилых квартирах — тоже. В других случаях в перегораживании помещения (разделении ядра процессора на два виртуальных) смысла нет вообще.

Отметим, что наиболее дорогие и производительные процессоры классаCorei7 в обязательном порядке оснащеныHyper-Threading. В них 4 физических ядра и 8 виртуальных. Получается, что одновременно на одном процессоре работают 8 вычислительных потоков.

Процессоры Corei3— типичные «середнячки», как по цене, так и по производительности. У них два ядра и никакого намёка на Hyper-Threading. Итого получается, что уCorei3всего два вычислительных потока.

Зачем процессору несколько ядер?

Процессор – это вычислительный центр любого компьютера, планшета, смартфона и даже игровой консоли. Именно процессор принимает команды пользователя, вводимые в различных приложениях и программах, обрабатывает их и распределяет задачи между другими узлами системы – видеокартой , оперативной памятью , твердотельным диском .

Вот поэтому процессор – это мозговой центр каждого компьютера, отвечающий за его вычислительные способности и скорость работы.

Первые процессоры были едиными устройствами, которые принимали команды и выполняли их в строгой очередности. Одно ядро позволяло выбирать процессор при покупке только по показателям частоты. А недостаток производительности на первых порах компенсировали созданием двух- и многопроцессорных конфигураций.

В таких сборках команды пользователя на ввод обрабатывал первый процессор, а остальные операции по возможности равномерно распределялись между остальными. Для сборки таких систем использовались двухпроцессорные платы или конфигурации на несколько сокетов.

Следующим шагом производители создали многоядерную архитектуру, позволяющую на площади, казалось бы, небольшого микрочипа размещать несколько вычислительных центров, которые по сути являлись самостоятельными процессорами. Так в продаже появились двух-, четырех- и восьмиядерные устройства, которые обрабатывали сразу несколько потоков информации.

Позже корпорация Intel в линейке процессоров Pentium внедрила техническую возможность выполнения одним ядром двух команд за такт, что стало началом новой эпохи в компьютерных технологиях – гиперпоточности процессоров. А сейчас специалисты компании активно работают над новой технологией реализации четырех потоков на одном ядре, и уже в ближайшее время подобные процессоры будут представлены публике.

Как включить отключенные ядра процессора?

Довольно часто на новых ноутбуках и нетбуках изначально активированы не все ядра процессора. Делается это для экономии электроэнергии и предполагается, что по необходимости пользователь активирует их самостоятельно. Однако проблема заключается в том, что неопытные пользователи не имеют никакого понятия о том, что их компьютер работает не на «полную катушку» и не имеют представления, как активировать отключенные ядра. Делается это следующим образом:

Шаг 1.

• Раскройте меню «Пуск» и выберите в нем пункт «Выполнить».
• В раскрывшемся небольшом окошке впишите в текстовую строку команду «msconfig» и нажмите «Enter».

Изображение 11. Запуск настроек конфигурации системы.

Шаг 2.

• В раскрывшемся окошке перейдите на вкладку «Загрузка» и на ней кликните по кнопке «Дополнительные параметры».

Изображение 12. Переход на вкладку для активации отключенных ядер.

Шаг 3.

• Откроется небольшое окно, где Вам потребуется отметить маркером строчку «Число процессоров» и в графе ниже выбрать максимально доступное число. В нашем примере это цифра 2, так как компьютер имеет двухъядерный процессор.
• Далее нажмите «ОК», потом кнопку «Применить» и снова «ОК».
• Закройте окно и перезагрузите компьютер. После перезагрузки Ваш компьютер будет работать со всеми активными ядрами и, вполне возможно, Вы сразу почувствуете улучшение его производительности.

Изображение 13. Активация отключенных ядер и сохранение изменений.

ВАЖНО: Удостоверьтесь, что строчки «Балансировка PCI» и «Отладка» не помечены галочками. В противном случае, после перезагрузки компьютера ничего не изменится. Операционная система автоматически отключит второе ядро и Ваш процессор не будет работать на полную мощность.

Как настроить тонко электропитание процессора

Чтобы не быть голословным о повышении производительности, приведу один небольшой тест быстродействия в WinRAR (офиц. сайт архиватора). На скриншоте ниже: в левой части приведена общая скорость до оптимизации настроек; справа — после. Даже невооруженным глазом видно, что в тестах ЦП начинает работать быстрее (что положительно сказывается и в реальных задачах, тех же играх, например) .

Разница в производительности

Примечание : рекомендую вам запустить тест в WinRAR сначала до оптимизации настроек (и запомнить общую скорость), и затем провести тест после оптимизации. Далее просто сравнить эти числа, в ряде случаев удается выжать из ЦП еще 10-20%!

Важный момент!

Как уже сказал выше, в первую очередь этот вопрос касается многоядерных процессоров (4 ядра и выше). Чтобы узнать количество ядер своего ЦП — просто запустите утилиту CPU-Z, и посмотрите в нижнюю часть окна: в графе Cores увидите кол-во ядер (пример ниже).

CPU-Z — 4 Cores (4 ядра, 8 потоков)

1) И так, начать нужно с настройки реестра.

Тут дело в том, что Windows по умолчанию скрывает часть настроек электропитания. Чтобы их открыть для редактирования, необходимо внести определенные изменения в реестр. Проще всего это сделать с помощью уже готового файла настроек, который нужно просто запустить и согласиться с добавлением параметров в системный реестр.

Редактор реестра — настройки успешно внесены в реестр

На всякий случай приведу текст этого файла чуть ниже (в целях безопасности, вдруг кто-то усомниться в файле, и пожелает вносить изменения в реестр вручную).

2) Настройка схемы электропитания

Теперь необходимо открыть панель управления Windows раздел “Оборудование и звук/Электропитание” . После перейти в настройки текущей схемы электропитания (т.е. ту, которая сейчас у вас используется). В моем случае это сбалансированная (см. скриншот ниже).

Настройка текущей схемы электропитания

Далее нужно открыть дополнительные настройки питания.

Изменить дополнительные параметры питания

Теперь самое главное (см. скриншот ниже):

1. минимальное число ядер в состоянии простоя: рекомендуется выставить значение в 99% (почему-то если выставить 100% — Windows часто отправляет одно ядро “отдыхать”);
2. разрешить состояние снижения питания: переведите в режим выкл. (не дает процессору экономить энергию);
3. отключение простоя процессора: переведите режим в откл.;
4. минимальное состояние процессора: 100% (незначительно ускоряет работу ЦП (кстати, в некоторых случаях позволяет уменьшить писк от дросселей )) .
5. политика охлаждения системы: активная (более эффективно охлаждает ЦП);
6. максимальное состояние процессора: 100% (очень сильно влияет на производительность! Обязательно выставите на 100%);
7. максимальное число ядер в состоянии простоя: 100% (противоречивая опция. Если выставить что-то отличное от 100% — то грузятся почему-то не все ядра, несмотря на то что активны все. ).

Дополнительные параметры электропитания

Сохраните настройки и перезагрузите компьютер!

3) Еще раз о режиме питания (касается в первую очередь ноутбуков)

После перезагрузки компьютера (ноутбука) — обратите внимание на режим питания (кликните по батарейке в трее). Выставите производительность на 100%!

Кроме этого, обратите внимание на центры управления ноутбуком, которые могут идти в комплекте к вашим драйверам (например, такие есть у устройств от Lenovo, Sony и пр.). В них также устройство нужно перевести в режим высокой производительности.

Питание ноутбука // менеджер ноутбука

4) Тестирование быстродействия

После чего можно запустить WinRAR и провести тест быстродействия. Как правило, после точечной настройки электропитания наблюдается рост цифр (т.к. система перестает ограничивать ЦП, и он может начать работать на весь свой потенциал).

Тестирование — WinRAR / Кликабельно

Дополнение!

Чтобы посмотреть, как идет нагрузка на ядра ЦП — откройте “Диспетчер задач” (Ctrl Shift Esc) и перейдите во вкладку “Производительность” . Далее щелкните правой кнопкой мышки по графику загрузки ЦП и в меню выберите “Изменить график/Логические процессы” . См. скрин ниже.

Диспетчер задач — производительность

В результате у вас будет не один график, а несколько, в зависимости от количества ядер (потоков).

Все ядра загружены

Обратите внимание, при нагрузке (например, тестировании) — в идеале все ядра должны быть загружены (как на скриншоте ниже).

Для более показательного теста работы ЦП рекомендую воспользоваться утилитой AIDA64 (ссылку на инструкцию привожу ниже).

Как узнать, сколько в моем компьютере ядер?

Если Вы не знаете, сколько ядер в Вашем ПК, существует несколько способов это выяснить. Первый и самый простой – ввести в поисковик название Вашего ноутбука и вычитать нужную информацию в интернете. Если Вы не доверяете информации из Интернета, то проделайте следующие действия:

Шаг 1.

• Раскройте меню «Пуск» и выберите в нем пункт «Компьютер».
• В раскрывшемся окошке кликните по пустому месту в папке правой кнопкой мышки в контекстном меню выберите пункт «Свойства».

Изображение 8. Просмотр свойств компьютера.

Шаг 2.

• На Вашем экране появится окно с информацией об операционной системе и краткие характеристики ПК.
• С левой стороны окна кликните по ссылке «Диспетчер устройств».

Изображение 9. Переход в «Диспетчер устройств».

Шаг 3.

• В раскрывшемся окошке разверните вкладку «Процессоры» и посчитайте, сколько штук «процессоров» у Вас отобразилось. Это и будет количество ядер.
• Если кликнуть правой кнопкой мышки по одному из них и выбрать пункт «Свойства», то Вы сможете получить более подробную информацию о своем процессоре и установленном для него драйвере, который можно обновить в том же окне.

Изображение 10. Просмотр количества ядер процессора.

Красный лагерь

До эры «Zen» линейка AMD выглядела так: экономичные версии (E1, E2, A4, A6, A9) и CPU теперь среднего по мощности, но все равно прожорливого сегмента — A10 и A12. «Теперь» значит, что рамки мобильных камней передвинули в сторону новых и привлекательных APU Ryzen.

AMD не любит вспоминать мобильное прошлое до выпуска новых процессоров Zen. Но, для баланса придется покопаться в прошлом. Модельный ряд процессоров от «E» до «A» претерпел мало архитектурных изменений в период с 2021 по 2021 год, когда последние мобильные А-процессоры плавно превратили в новые Ryzen 2000 серии. За пять лет процессоры только меняли названия, а характеристики оставались прежними.

Процессоры E1, E2, A4 почти всегда двухъядерные. Середнячок A6 предлагал на два ядра больше и немногим выше частоту. Флагманские A8 и A10 удивляли только большим количеством кэша или повышенной частотой шины. Причем или тем, или другим. Проблемы с перегревом у A6 и выше заставили производителя снижать тепловыделение, отчего во время длительных нагрузок проседала частота. И таких процессоров А-типа больше 80.

С обновлением процессорной линейки дела на мобильной ферме компании пошли в гору. Об энергоэффективных процессорах красная команда говорит с гордостью и интересом на презентациях. Новые мобильные райзены появились в 2021 году с выпуском архитектуры «Zen». В новые ноутбуки ставят уже «Zen2» на хваленых 7 нанометрах:

• A-серия — устаревшие процессоры, которые представлены в таблице выше;
• Athlon / Athlon Silver — заменитель, идентичный натуральному, но с новой графикой и
• Hyper Threading (А4/А8-серии под новым уксусом);
• Ryzen — современная линейка шестиядерных процессоров для домашних ноутбуков;
• Ryzen H — то же самое, только с 12 потоками и улучшенной встроенной графикой;
• Ryzen Pro — повышенная гарантия, улучшенная безопасность, только для корпоративного сегмента.

С линейкой понятно: Athlon — супербюджетная, Ryzen — локомотив AMD.

Серия процессоров указывает на разницу в потоках. Ryzen 3 — это четыре ядра, Ryzen 5 — шесть ядер или шесть ядер с 12 потоками. Ryzen 7 располагает восемью самостоятельными ядрами или с добавкой в 16 потоков, в зависимости от модели. Ryzen 9 — частота высотой с Эверест: только 16 потоков и сочная графика Vega 8.

Поколение — это свежесть модели. Мобильные Ryzen начались со второго поколения. В новых устройствах ставят уже четвертое.

Модель в сочетании с серией указывает на количество ядер, частоту, тип встроенной графики и частоту. Ryzen 5 4500U — чистый шестиядерник, а Ryzen 5 4600U уже с удвоенным количеством потоков. Ryzen 7 4700U — восьмиядерник с Vega 7 на борту. Ryzen 7 4800U — он же, но с повышенным турбобустом и топовой Vega 8.

Тип обозначается буквами U, H, и HS и указывает на дополнительные потоки. Ryzen 7 4800U — это восьмипоточный процессор со средним энергопотреблением, а 4800H уже 16-поточный с высокими базовой и турбо частотами. HS присущ флагманским Ryzen 9 и указывает на разницу в тактовых частотах.

Краткие ответы и советы

Если вы подбираете процессор для компьютера, который будет выполнять обычную офисную работу, серфить в интернете и воспроизводить видео, хватит четырехъядерного чипа. Даже самые скромные Intel Core i3 и Ryzen 3 последних поколений — четырехъядерные. Конечно, можно выбрать совсем уж бюджетный Celeron или Athlon — в рамках этих линеек до сих выпускают сверхдешевые CPU, которые подойдут для ПК, исполняющего роль «печатной машинки». Но лучше все-таки обратить внимание на четырехъядерные варианты — с ними точно не будет никаких проблем.

Для домашнего ПК, который используется в том числе и для игр, оптимальный вариант в 2021 году — это шестиядерный процессор. Да, многие четырехъядерные CPU (особенно Core i5 и Core i7 с поддержкой Hyper Threading, о которой поговорим чуть дальше) вполне справятся с большинством современных игр благодаря достаточно высокой тактовой частоте, но лучше сделать хоть какой-то задел на будущее.

Рабочие станции, которые выполняют серьезные вычисления (3D-рендеринг, нейросети, кодирование видео, математика, профессиональная работа с фотографиями и так далее), обычно оснащаются так называемыми HEDT-процессорами (High-end Desktop). Каждое их ядро не так быстро, как ядра топовых процессоров для игровых ПК, но этих ядер обычно больше.

В любом случае, при выборе конкретной модели нужно опираться не только на количество ее ядер, но и на результаты независимых тестов производительности — именно в тех задачах, в которых вы будете задействовать свой ПК.

Отдельно нужно рассказать о ноутбуках. Из-за ограничений, которые накладывают компактные корпусы, охладить компоненты которых далеко не так просто, как в полноценных корпусах настольных ПК, их процессоры заметно слабее и часто используют меньше ядер.

Лагерь синих

Компания Intel привыкла видеть себя в числе первых. Но с выходом Zen2 слава поутихла, причем как в настольном сегменте, так и на рынке ноутбуков. Причина сдачи позиций даже не в мощности процессоров. Юбиляр сего праздника — устаревший графический чип Intel UHD, который шутливо называют «заглушкой». Известный максимум для этой встройки — древнейшие игры.

Видимо, такая ситуация и подтолкнула компанию к реорганизации мобильной линейки и прекращению выпуска мобильных Celeron и Pentium. Официальный сайт аккуратно «забыл» об этих моделях и оставил в прямом доступе лишь ряд Core серий i3, i5, i7 и Core-M. Теперь ведущие процессоры компании выглядят так:

В названиях мобильных процессоров встречаются литеры «G». Это суперэкономичные процессоры для мультимедийных устройства с упором на видеоконтент. Поэтому там используется Intel Iris Plus Graphics. Несмотря на привычное количество моделей, процессоры расшифровываются по тем же канонам, что и AMD:

• Celeron — ультимативно бюджетный вариант как для мобильных, так и настольных платформ;
• Pentium — некогда золотая линейка;
• Core — пока Core всему голова;
• Core M — популярные энергоэффективные процессоры, которые использовались в портативных устройствах несколько лет назад.

Линейка мобильных процессоров по плану Intel — это 10-е поколение Core и больше никаких Pentium и Celeron. Хотя рынок пока богат устройствами и на пентиумах, и на селеронах, и на слабых Atom.

Качественное различие процессоров представлено серией. Core i3 — двухъядерные модели с четырьмя потоками. Core i5 и i7, начиная с 8-го поколения, приподнялись и стали многоядерными. Теперь i5 имеет четыре ядра и восемь потоков, а i7 и вовсе разогнались до 6/12 и даже 8/16 ядер.

Поколение процессора ничего не расскажет, если пользователь не знает, что компания с восьмого поколения стала наращивать ядра, а значит десятое намекает на многопоточность. Только вместе с типом модели становится ясно, чего ожидать от экземпляра.

Для сортировки моделей по остальным характеристикам придумали цифровое обозначение. В основном для различия по частотному диапазону. Например, Core i5 10210Y и 10310Y имеют разницу в 100 МГц для базовой и турбо частот. В то же время, цифры показывают дополнительные потоки. Как Core i7 10510U и 10710U.

Тип процессора обозначается буквами. U — энергоэффективный. H — повышенная мощность. Y — процессор для планшетов. G — ультрабуки и мультимедиа.

Логический процессор

Из трёх описанных «уровней» параллелизма (процессоры, ядра, гиперпотоки) в конкретной системе могут отсутствовать некоторые или даже все. На это влияют настройки BIOS (многоядерность и многопоточность отключаются независимо), особенности микроархитектуры (например, HT отсутствовал в Intel® Core™ Duo, но был возвращён с выпуском Nehalem) и события при работе системы (многопроцессорные сервера могут выключать отказавшие процессоры в случае обнаружения неисправностей и продолжать «лететь» на оставшихся).

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.

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.

Методика тестирования

В идеальных условиях необходимо взять многоядерный процессор и протестировать все варианты отключения ядер. При этом надо сохранить идентичность внутренних взаимодействий и размер кеша. С другой стороны, такое исследование несет меньше пользы в реальном применении — размер кеша является одним из инструментов в разделении линеек.

Выявлять зависимость игр от количества ядер и потоков центрального процессора будем на двенадцатиядерном Ryzen 9 3900X.

Для каждой конфигурации подберу оптимальную на мой взгляд комбинацию активных ядер и CCD-чиплетов. Напомню, что процессоры AMD на архитектуре Zen2 состоят из нескольких кристаллов: I/O-чиплет с контроллерами интерфейсов и CCD-чиплеты с ядрами. Каждый CCD-чиплет представляет собой блок из двух CCX, содержащих в максимальной конфигурации 4 ядра и 16 МБ кеша третьего уровня.

В Ryzen 9 3900X каждый CCX модуль оснащен тремя ядрами и 16 МБ кеша L3. CCD-чиплет может работать либо с равным количеством активных ядер на каждом из его CCX, либо только с одним активным CCX — это накладывает ограничение на итоговые комбинации для тестирования.

В таблице выше указаны все возможные для Ryzen 9 3900X конфигурации ядер, жирным выделены компромиссно выбранные для тестирования варианты — с максимальным кешем для 8 и 12 ядер и одинаковым половинным для всех остальных вариантов от 2 до 6 ядер.

Вариант с 3 ядрами исключил по причине отсутствия таковых в продаже и слишком малого для игр количества ядер, 2 ядра без SMT (технология использования одного физического ядра для создания двух логических, аналогично Hyper Threading у Intel) не включены в тест из-за неактуальности таких процессоров в настоящее время.

В CPU-Z соревнующиеся варианты с включенным SMT выглядят так:

CCD-чиплеты в процессоре не одинаковы по частотному потенциалу: один является более удачным и используется для достижения максимальных частот буста, второй — с меньшими возможными частотами на тех же напряжениях. Для чистоты эксперимента все ядра зафиксируем на одинаковой частоте — 4350 МГц.

Остальной тестовый стенд выглядит так:

• Центральный процессор – AMD Ryzen 9 3900X
• Материнская плата – MSI MEG X570 Godlike
• Видеокарта – NVIDIA GeForce RTX 2080 Super
• ОЗУ – Team Group T-Force DARK Pro 4×8 ГБ 3800 МГц CL16
• SSD – NVMe ADATA XPG SX8200 Pro 512 ГБ (Windows 10 Pro со всеми обновлениями)
• SSD – Crucial MX500 1 ТБ (игры)
• БП – CoolerMaster V850 850W

Настройки таймингов оперативной памяти выставлены в режим высокой производительности.

Для улучшения читаемости текста обозначу каждый вариант конфигурации процессора комбинацией двух чисел, например 4-8, где первая указывает на количество активных физических ядер, вторая — общее количество потоков.

Производительность в играх буду измерять в трех параметрах: AVG — среднее значение ФПС на тестируемом отрезке, 1 % — среднее значение 1 % меньших ФПС и 0,1 % — среднее значение 0,1 % меньших ФПС. Из этих трех показателей самым интересным, пожалуй, является 1 % — основываясь на этом значении, можно составить представление о плавности и комфортности геймплея.

Мобильные процессоры громко не презентуют

Ежегодные анонсы и презентации, предварительные тесты и утечки характеристик — романтика современного пользователя настольного компьютера. Банальное объяснение этому: производители отчаянно добиваются популярности продукции среди широкого спектра пользователей.

С мобильным сегментом дело обстоит иначе. Все-таки пиковый спрос идет на настольное железо, чего не скажешь о нише мобильных комплектующих. Да, рассказали о процессорах для ноутбуков, ультрабуков и мини-пк. Но никто не бежит за ними после презентации.

Верная стратегия в мобильном сегменте — это минимум предварительных ласк с пользователем и больше информации для партнеров, которые самом деле нуждаются в подробных сведениях.

Для пользователей тактика другая: дать новым процессорам названия, похожие на еще не выпущенные, но уже сильно ожидаемые десктопные модели. Например, Ryzen 4000U звучит взросло, когда настольные ПК еще «сидят» на 3000 серии. И Intel Core i7 10xxxU, который запросто подогреет интерес к покупке ноутбука, когда все в ожидании десятого поколения настольных процессоров.

*{padding:0;margin:0;overflow:hidden}html,body{height:100%}img,svg{position:absolute;width:100%;top:0;bottom:0;margin:auto}svg{left:calc(50% – 34px)}” frameborder=”0″ allow=”accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture” allowfullscreen>

Это своеобразная уловка, и, чтобы не стать рыбкой на сковороде, научимся быстро разбираться в архитектурах ноутбучных процессоров без помощи маркетологов.

Операционные системы и топология

Операционные системы предоставляют информацию о топологии логических процессоров приложениям с помощью своих собственных интерфейсов.

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:

В FreeBSD топология сообщается через механизм sysctl в переменной kern.sched.topology_spec в виде XML:

user@host:~$ sysctl kern.sched.topology_spec
kern.sched.topology_spec: <groups> <group level="1" cache-level="0"> <cpu count="8" mask="0xff">0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7</cpu> <children> <group level="2" cache-level="2"> <cpu count="8" mask="0xff">0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7</cpu> <children> <group level="3" cache-level="1"> <cpu count="2" mask="0x3">0, 1</cpu> <flags><flag name="THREAD">THREAD group</flag><flag name="SMT">SMT group</flag></flags> </group> <group level="3" cache-level="1"> <cpu count="2" mask="0xc">2, 3</cpu> <flags><flag name="THREAD">THREAD group</flag><flag name="SMT">SMT group</flag></flags> </group> <group level="3" cache-level="1"> <cpu count="2" mask="0x30">4, 5</cpu> <flags><flag name="THREAD">THREAD group</flag><flag name="SMT">SMT group</flag></flags> </group> <group level="3" cache-level="1"> <cpu count="2" mask="0xc0">6, 7</cpu> <flags><flag name="THREAD">THREAD group</flag><flag name="SMT">SMT group</flag></flags> </group> </children> </group> </children> </group>
</groups>

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

Также их предоставляет консольная утилита Sysinternals Coreinfo и API вызов GetLogicalProcessorInformation.

Перегрев

Изображение 4. Влияние ядер процессора на перегрев компьютера.

• Еще один важный параметр, на который влияет количество ядер – температура процессора и других компонентов компьютера. Как выше уже было сказано, компьютеры с многоядерными процессорами потребляют большое количество энергии и, соответственно, выделяют больше тепла.
• Например, некоторые центральные процессоры с шестью и более ядрами от производителя AMD способны нагреваться до 40 – 45 градусов по Цельсию даже тогда, когда пользователь не выполняет на компьютере никаких действий. При максимальной нагрузке на ПК, его процессор может разогреться до 70 градусов и выше. При такой температуре может случиться перегрев и компьютер отключится. Хорошо, если вообще не сгорит.

Изображение 5. Измеряем температуру процессора и других комплектующих компьютера программой AIDA64.
Изображение 6. Дополнительное охлаждение для ноутбука в виде подставки с кулерами.

• Со стационарными системными блоками дела обстоят проще. Во-первых, если Вы обнаружите, что Ваш компьютер чрезмерно греется, Вы можете заменить имеющийся у Вас кулер на более мощный или поставить дополнительный. Во-вторых, если и этого окажется мало, можно прибегнуть к старому дедовскому, но при этом эффективному, методу: снимите боковую крышку с системного блока, включите вентилятор и направьте поток воздуха на свое «железо». Отличное охлаждение Вам будет гарантировано. Единственный минус данного способа – шум.

Принцип работы процессорных ядер и многопоточности

В современных операционных системах одновременно работает множество процессов.Нагрузка от операционной системы на процессор идет по так называемому конвейеру, на который «выкладываются» нужные задачи для ядра. В качестве примера возьмем одно ядро процессора на частоте 4 ГГц с одним ALU (арифметико-логическое устройство)

Часто происходят случаи, когда для выполнения необходимой операции процессору приходится ждать данные из кеша более низкой скорости (L3 кеш), или же оперативной памяти. Данная ситуация называется кэш-промах. Это происходит, когда в кэше ядра не была найдена запрошенная информация и приходится обращаться к более медленной памяти.

Данный конвейер можно представить, как настоящую сборочную линию на заводе — рабочий (ядро) выполняет работу, поступающую к нему на ленту. И если необходимо взять нужный инструмент, работник отходит, оставляя конвейер простаивать без работы. То есть, исполняемая задача прерывается.

На конвейере с одним потоком не могут выполняться одновременно несколько процессов. Ядро постоянно прерывает выполнение одной операции для другой, более приоритетной. Если появятся две одинаково приоритетные задачи, одна из них обязательно будет остановлена, ведь ядро не сможет работать над ними одновременно. И чем больше поступает задач одновременно, тем больше прерываний происходит.

Производительность одного и нескольких ядер в играх

Когда самыми распространенными были одноядерные процессоры, игры разрабатывались именно для них — они никак не использовали мощь дополнительных ядер, и покупать многоядерные CPU ради увеличения производительности было незачем. Но эти времена давно в прошлом.

Взрывная популярность двух- и четырехъядерных процессоров позволила разработчикам игр эффективно разделить вычислительные процессы и добиться куда более интересных результатов, чем раньше. Стоит отметить, что очень важную роль в этом процессе сыграли консоли — в 2021 Microsoft и Sony выпустили Xbox One и PlayStation 4, которые используют восьмиядерные чипсеты AMD.

Впрочем, мощность каждого из ядер до сих пор остается более важной, чем их количество. Достаточно взглянуть на результаты внутриигровых тестов флагманских Intel Core i9-9900K и AMD Ryzen 9 3950X — хоть у последнего и вдвое больше ядер, первый немного выигрывает за счет их прозводительности.

Таким образом, если вы хотите любой ценой получить самый мощный игровой ПК, в данный момент лучшим выбором является платформа Intel. С другой стороны, AMD предлагает куда более сбалансированные процессоры, которые отлично себя показывают во всех задачах (в играх они уступают совсем немного) и стоят заметно дешевле.

Если же вы хотите собрать не слишком дорогой компьютер, то стоит обратить внимание на шестиядерные CPU — например, Intel Core i5-9600K и AMD Ryzen 5 3600X.

Ну и, конечно, не стоит думать, что четырехъядерные процессоры совсем для игр не годятся — это вполне себе бюджетный вариант, который прослужит еще пару лет. Но и только — не стоит ждать от них хорошей производительности в играх, которые будут выпускать для консолей следующего поколения.

Если же говорить о CPU с восемью ядрами и более, они используются в дорогих ПК, но только в связке с достаточно мощной видеокартой. Нет никакого смысла в сочетании i9-9900K и GeForce GTX 1660 — для него понадобится что-то уровня хотя бы RTX 2070.

Отдельно нужно сказать о стриминге и записи видео во время игр. Если вы хотите заниматься этими вещами и стать новым Shroud или хотя бы Lirik, то в идеале вам понадобится отдельный ПК с мощным восьмиядерным CPU для кодирования видео в реальном времени.

Если возможности купить второй дорогой компьютер нет, нужно выбирать CPU с восемью или более ядрами для первого — ему придется одновременно работать и с игрой, и с программой для стриминга / записи, а это необыкновенно сложная комбинация (впрочем, многое зависит от выбранной игры — если она совсем не «прожорлива» по отношению к CPU, может хватить и четырех ядер).

Процессор

Конечно же, самый древний, чаще всего используемый и неоднозначный термин — это «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.

К взлёту готов! Intel® Desktop Board D5400XS

Похожее:

Как узнать количество потоков процессора и как узнать количество потоков процессора в Windows 10? Окта коре что это Сколько потоков у моего процессора Настройка msconfig на максимальную производительность