Самый многоядерный процессор intel. Многоядерные процессоры: принципы работы

01.02.2013

Споры о необходимости многоядерных процессоров давно улеглись. Но вопрос востребованности большого количества ядер все еще насущен. Ведь значительная часть приложений, в том числе игр, до сих пор не умеет использовать большое количество параллельных. В этом тесте мы решили выяснить, как влияет количество ядер в процессоре на игровую производительность.

С появлением многоядерных процессоров ситуация с их выбором осложнилась, ведь кроме привычного показателя производительности, коим всегда была тактовая частота, добавился и еще один – количество ядер. Их Intel и AMD начали наращивать стремительно, но потом успокоились, хотя аналитики прогнозировали дальнейшее количество ядер. Фактически, в данный момент максимальным количеством ядер можно считать четыре. И не нужно кивать в сторону процессоров AMD FX, которые сам производитель называет “восьмиядерными”. По факту, они также имеют четыре ядра, если не учитывать удвоенное количество блоков ALU. Просто ядра AMD называет модулями. По общему мнению, это количество ядер и является оптимальным для игр.

Но общее мнение не всегда отражает реальное положение дел. А по факту, многие игры до сих пор не умеют использовать больше двух ядер. И вовсе не потому, что программисты, в компаниях которые их создали, не ратуют за многоядерность, а просто потому, что большинству игровых проектов большая вычислительная мощь не нужна. Причем это относится как к достаточно скромным играм, так и ко многим блокбастерам. Особенно четко данная тенденция стала прослеживаться с появлением DirectX 11. Последний API от Microsoft принес значительное количество изменений связанных с распределением нагрузки, в результате чего значительная часть работы по предварительному обсчету данных и их подготовке перешла от центрального процессора к видеокарте. Нагрузка на графическую подсистему возросла, а вот на CPU наоборот упала.

Эту информацию недооценили многие покупатели, продолжая искать для игрового компьютера самый мощный процессор, кивая на многочисленные игровые тесты, в которых процессоры демонстрируют огромную разницу в производительности. И большинство не задумывается о том, что для игровых тестов процессоров выбираются особые настройки, которые должны выявить разницу в производительности разных моделей, и продемонстрировать ее максимально явно. В реальной жизни такие настройки никто не использует, тем, более имея достаточно производительную систему. Ведь, согласитесь, довольно глупо играть в разрешении 1280 на 720 и минимальных настройках графики в новый шедевр, имея отменную видеокарту вроде Radeon HD 7970, или GeForce GTX 680.

Чтобы адекватно оценить разницу в производительности, которую демонстрируют процессоры с разным количеством ядер, причем в максимально приближенных к реальности условиях, мы пошли другим путем. В наш традиционный тестовый стенд, оснащенный процессором Core i7-2700K, мы установили мощную видеокарту Radeon HD 7950, и прогнали тесты в гораздо более приближенных к реальным режимам настройках. То есть в разрешении Full HD, на максимальных настройках, и с активированной анизотропной фильтрацией. Единственное от чего отказались, так это от сглаживания, которое очень сильно повышает нагрузку на видеокарту, еще больше нивелируя разницу в производительности процессоров.

А процессоров в тесте сразу четыре. Хотя физически это все тот же Core i7 на ядре Sandy Bridge, но мы будем использовать его с одним, двумя, тремя, и четырьмя активными ядрами, и оценивать влияние их количества на производительность. Для того, чтобы результаты были более четными, мы отключили HyperThreading, который может оказывать влияние на результаты, улучшая ситуацию для конфигураций имеющих меньшее количество ядер. Также был отключен автоматический разгон, а частота процессора зафиксирована на уровне 3,5 гигагерца, которая является для него стандартной.

Для тестирования мы используем пять игр из нашего постоянного набора для тестов видеокарт. Это Metro 2033, Crysis 2, Battlefield 3, F1 2011, и ArmA 2. Четыре из них будут протестированы в поддерживаемом ими режиме DirectX 11. А ArmA 2, которая не поддерживает самый новый API выступит в качестве контрольного образца. На основе поведения этой игры мы будем делать выводы о влиянии количества ядер в процессоре на игры, работающие через DirectX 10, который (равно как и предыдущие) значительно больше нагружает центральный процессор. Кроме того, среди фанатов ArmA 2 ходят легенда о том, что данная игра является одной из самых процессорозависимых. Проверим.

Перед тем как переходить к тестам, оговоримся, что наш тест будет полезен только обладателям, или тем, кто планирует купить процессор Intel Core пары последних поколений. То есть на ядрах Sandy Bridge и Ivy Bridge. Так как в силу высокой эффективности этих процессоров, они могут в значительной степени компенсировать меньшее количество ядер, относительно менее эффективных процессоров, вроде AMD Athlon/Phenom, и Core 2 Duo/Core 2 Quad. Для таких процессоров зависимость от количества ядер может быть более выраженной. В то же время нужно помнить и о влиянии частоты процессора на производительность, независимо от количества ядер, и вносить поправку те результаты, которые продемонстрирует наш подопытный. Все точки над “i” вроде расставлены, можно переходить к исследованию результатов тестов.

Первым в бой традиционно отправляется синтетический пакет 3DMark 11. Синтетика вообще очень чувствительна к производительности компонентов, и наверняка хорошо отреагировала бы на изменение количества ядер, если бы нашей целью было бы исследование чистой производительности с помощью теста физики. Но нас интересует графический тест, и в нем результаты оказались отнюдь не самыми ожидаемыми. Как видно на графике, разница между 2,3 и 4 ядрами оказалась фактически нулевой, в пределах погрешности. И только когда активным осталось только одно (!) ядро, 3DMark хоть как-то отреагировал на снижение количества вычислительных ресурсов. Но отреагировал очень вяло. Как видно, нагрузка на процессор в графическом тесте пакета столь мала, что с ней отлично справляется всего одно быстрое и эффективное ядро Sandy Bridge. Фактически в данном тесте больше двух ядер не нужно, а потому быстрый Pentium здесь покажет не худшие результаты, чем Core i5 и Core i7, которые стоят в разы дороже.

Metro 2033

Одна из самых тяжелых и красивых игр для PC, весьма бодро “идет” на видеокарте Radeon HD 7950. А вот к количеству ядер относится весьма скептически. Разница между 2,3 и 4 ядрами достаточно скромная, хотя и более выраженная, чем в 3DMark. А вот при одном активном ядре видна заметная просадка, хотя стоит признать, что и на одном ядре играть можно, пусть и претерпевая некоторые неприятные подергивания, так как минимальный фреймрейт также снизился. Зато двуядерника Metro 2033 хватит за глаза, и только перфекционистам можно порекомендовать приобретать четырехядерник, так как он даст в среднем, лишь на один с небольшим кадр в секунду больше. Pentium вновь выглядит неплохим игровым процессором. Не говоря уже про работающие на более высоких частотах Core i3.

Crysis 2

Мы уже начали предполагать, что и дальше все пойдет по той же схеме, но, как оказалось, у Crysis 2 свой взгляд на количество ядер и их использование. Как видно по графику, CryEngine 3, вполне адекватно реагирует на прибавление количества вычислительных ядер процессора. И даже четыре ядра он знает куда применить. Но с другой стороны, и два ядра выдают вполне приемлемый результат, обеспечивая плавную картинку и отсутствие подергиваний. Да и на одном ядре можно играть, но уже не так комфортно, все же потеряв среднем 24 кадров в секунду весьма ощутима. К тому же если это одно ядро будет меньше частоты (у нас, напоминаем, 3,5 гигагерца), то результат может быть еще хуже. В принципе, как и в предыдущих тестах, вновь отметим, что двух быстрых ядер для Crysis 2 будет вполне достаточно, несмотря на то, что и три и четыре ядра обеспечат небольшой прирост.

Battlefield 3

Гениальнейшая графическая часть, судя по результатам теста, абсолютно независима от количества ядер. График для двух, трех, и четырех ядер практически линеен, и вновь укладывается в пределы погрешности. Как видно, больше двух ядер Battlefield 3 не использует. Но и меньше тоже. При одном активном ядре игра пыталась запуститься, но это ей не удавалось, так что результата данного теста просто нет. Видимо, движок игры в обязательном порядке требует как минимум двух потоков, которые одноядерный процессор предоставить не может. Вывод вновь безрадостный для обладателей мощных четырехядерников – в этой игре они совсем не у дел. Ту же производительность обеспечит процессор с двумя ядрами. Скорее всего, данная игра будет более адекватно реагировать на изменение тактовой частоты, что мы постараемся проверить в будущем. Пока же констатируем, что Core i3 здесь будет лучшим выбором.

Гоночный симулятор, которому приходится просчитывать множество физических данных, в отличие от шутеров должен демонстрировать гораздо более яркую зависимость от количества ядер. И F1 2011 не подвела. Вот где 4 ядра используются на полную катушку, а отключение каждого ядра дает реальный эффект. Отключение всего одного ядра уже уменьшает фреймрейт в два раза! С двумя активными ядрами ситуация еще более усугубляется. А с одним ядром… и вовсе не поиграешь, потому что игра просто отказывается запускаться, сообщая о том, что конфигурация компьютера не отвечает минимальным системным требованиям. Хотя, опять же можно отметить, что и двух ядер будет достаточно для вполне комфортной игры, но в данном случае мы можем признать полностью обоснованными использование четырехядерных Core i5 и Core i7.

Контрольный пациент, в лице ArmA 2 также очень позитивно оценивал прибавление новых ядер. На одном ядре игра, конечно, запускается, но впечатления от нее не самые положительные – бесконечные тормоза не позволяют играть. С двумя ядрами ситуация становится куда лучше – ArmA 2 идет вполне гладко. Ну а три или четыре ядра делают ситуацию практически идеальной, хотя разница в производительности между ними не очень заметна. По данному факту можно сделать вывод, что для ArmA 2 будет идеальным использование Core i5 или Core i7, но вполне достойную производительность обеспечат быстрые двуядерники, вроде Pentium или Core i3.

Выводы

Подводить итоги, и как-то суммировать результаты тестов довольно сложно. Но попробуем. Прежде всего, нужно отметить, что четырехядерники вовсе не бесполезны, и в некоторых играх они имеют значительное преимущество перед процессорами располагающими лишь двумя ядрами. Но многие игры, среди которых и такие хиты, как Battlefield 3, до сих пор вполне довольствуются двухядерниками, и совершенно спокойно относятся к появлению третьего и четвертого ядра. Заранее предсказать, как та или иная игра покажет себя в работе с разным количеством процессорных ядер предсказать практически невозможно, хотя, некоторые общие черты все же есть. В частности, в использование вычислительной мощности процессора в значительной мере зависит от жанра игры. Шутерам не требуются значительные вычислительные ресурсы процессора, в то время как разнообразные симуляторы, а также стратегии, которым нужно обсчитывать большие объемы данных связанных с проработкой физических аспектов игры, или интеллекта множества персонажей, гораздо более требовательны к процессору.

С другой стороны, все игры в нашем тесте показали вполне приемлемый результат даже на двух ядрах. То есть, если вы не гонитесь за рекордами и хотите просто комфортно играть, то вам будет вполне достаточно быстрого двуядерника, такого как, например Core i3, или даже Pentium. При этом вы не будете чувствовать никаких сложностей в 99 процентах игр, ведь пользователю совершенно не критично, выдает игра 40 кадров в секунду, или 200. Тем не менее, в будущем ситуация может измениться, и после появления нового поколения консолей

Нельзя разобраться с этим вопросом, не зная, что собой представляет 4-х ядерный процессор. С одно-, двух- и трехъядерными процессорами все просто: они имеют одно, два или три ядра соответственно. А что касается 4-х ядерного, то тут не все так, как кажется на первый взгляд.

2-х или 4-х ядерный процессор?

Большинство людей ошибаются, думая, что частота каждого ядра складывается. Раз 2.5 Ггц частота ядер, а ядра 4, то значит 2.5*4= 10Ггц. Но это не так: частота всегда одна — 2.5 Ггц. Почему же частота не складывается? Потому, что с этой частотой параллельно работает каждый процессор.

Порция — это часть времени, на вычисление которой процессор выделяет ресурсы всем потокам, попавшим в процессор. Это как 4-ре магистрали с предельной скоростью 60 км/час (2.5 Ггц): у нас есть грузовики, которые должны доставить нам товары (это наши кусочки программы или порции программы), и чтобы нам повысить скорость доставки (повысить работоспособность системы), нам нужно использовать все 4-ре магистрали или повысить предельную скорость (3.0 Ггц). Но для большинства программ невозможно работать в несколько потоков, так как они работают в один поток и способны использовать лишь одну магистраль (а значит нашей программе будет выделено лишь 25% общей мощности процессора) потому, что в программе логика должна выполняться последовательно (поточно), и если нарушить последовательность, нарушится логика, а это приведет к сбоям. Новые программы стараются использовать мультипрограммирование — возможность работать в несколько потоков (наших магистралей), а не в одну, как большинство программ сейчас. Игры, по большей части тоже оптимизированы под многопоточность, но основной поток обычно работает в один. Хоть сейчас и пытаются разделить его на несколько, чтобы облегчить и ускорить. Поэтому для игр или приложений, которые обычно работают в один или два потока, лучше взять 2-ух ядерный процессор.

Если частота у двухъядерного такая же, как у четырехъядерного, то лучше конечно взять четырехъядерный, ведь у нас же одновременно работает огромное количество программ, пускай и слабых по нагрузке. Мы выиграем производительность системы за счет того, что все другие процессы могут быть вытеснены на другое ядро при полной загрузке одного из них. Но обычно частота у новых двухъядерных выше, чем у новых четырехъядерных. Именно поэтому при тестах в играх побеждают 2-ух ядерные с большей частотой, чем 4-ех ядерные с меньшей.

Теперь об очередях:

Теперь поймем, что при переходе от одноядерного к двуядерному, скорость возрастает быстрее не только за счет одновременной обработки ядрами, но и за счет ожидания и очереди на процессоре.

Частота у одноядерного процессора и двухъядерного одна и та же, но работает компьютер быстрее с 2-я ядрами. Дело в мультипрограммировании, когда осуществляется переход с одноядерного на двухъядерный, то скорость возрастает в разы. А мультипрограммирование — это работа с потоками. Представим себе 2 потока, например, работа Windows и запущенная компьютерная игра. Если у нас имеется одно ядро, то обрабатывается последовательно то игра (порция), то работа Windows (порция). Процессам приходиться ждать очереди, т. е. когда «кусочек» игры обрабатывается, то Windows приходится ждать конца обработки игры (порции игры). Когда мы перешли на 2 ядра, то даже с той же частотой, как у одноядерного, компьютер начинает более быструю обработку, так как очередь уменьшается в 2 раза.

Объясню подробнее на примере 100 приложений, если у нас 1 ядро, то 1 приложение обрабатывается, остальные 99 ждут своей очереди. И чем длиннее очередь, тем дольше идет обновления, и тогда мы чувствуем, что у нас тормозит система. А когда у нас 2 ядра, то очередь делится наполовину, т. е. 50 приложений на одном и 50 на другом, следовательно, их проще и быстрее обновлять. Важно знать, что очередь становится меньше и наши приложения быстрее обновляются.

Для теста потока запустите winrar, чтобы сжимать большой файл, и посмотрите в диспетчере (он сжимает в один поток), сколько ресурсов процессора он будет использовать (25%- на 4-ех ядерном и 50% на 2-ух). Из этого следует, что нашей игре, если она работает в один поток в четырехъядерном процессоре, будет выделено 25 % мощности процессора, 50%, если в двухъядерном. В играх у нас многопоточность присутствует, но главный поток в игре все равно будет обрабатываться на четверть процессора (в четырехъядерном).

Все рассматривалось упрощенно, 2-х ядерный с большей частотой подходит лучше для игр, так как больше частоты выделяется одному потоку, а 4-х ядерный подходит для много-поточных данных, например, множество запущенных одновременно приложений.

У 2-ух ядерного процессора i5 есть технология позволяющая имитировать работу системы, как с 4-х ядерным процессором. Фактически есть только 2 ядра, но для Windows имитируется работа 4-х ядер. 4 очереди (потока) по 2 очереди (потока) на ядро обрабатываются по очереди. Каждое ядро берет по порции каждого из потоков, то есть он способен быть четырехъядерным.

…в процессе развития количество ядер будет становиться всё больше и больше.

(Разработчики Intel )

Ещё core , да ещё core , да ещё много, много core !..

…Ещё совсем недавно мы не слышали и не ведали о многоядерных процессорах, а сегодня они агрессивно вытесняют одноядерные. Начался бум многоядерных процессоров, который пока – слегка! – сдерживают их сравнительно высокие цены. Но никто уже не сомневается, что будущее – именно за многоядерными процессорами!..

Что такое ядро процессора

В центре современного центрального микропроцессора (CPU – сокр. от англ. central processing unit – центральное вычислительное устройство) находится ядро (core ) – кристалл кремния площадью примерно один квадратный сантиметр, на котором посредством микроскопических логических элементов реализована принципиальная схема процессора, так называемая архитектура (chip architecture ).

Ядро связано с остальной частью чипа (называемой «упаковка», CPU Package ) по технологии «флип-чип» (flip-chip , flip-chip bonding – перевернутое ядро, крепление методом перевернутого кристалла). Эта технология получила такое название, потому что обращённая наружу – видимая – часть ядра на самом деле является его «дном», – чтобы обеспечить прямой контакт с радиатором кулера для лучшей теплоотдачи. С обратной (невидимой) стороны находится сам «интерфейс» – соединение кристалла и упаковки. Соединение ядра процессора с упаковкой выполнено с помощью столбиковых выводов (Solder Bumps ).

Ядро расположено на текстолитовой основе, по которой проходят контактные дорожки к «ножкам» (контактным площадкам), залито термическим интерфейсом и закрыто защитной металлической крышкой.

Первый (естественно, одноядерный!) микропроцессор Intel 4004 был представлен 15 ноября 1971 г. корпорацией Intel. Он содержал 2300 транзисторов, работал на тактовой частоте 108 кГц и стоил $300.

Требования к вычислительной мощности центрального микропроцессора постоянно росли и продолжают расти. Но если раньше производителям процессоров приходилось постоянно подстраиваться под текущие насущные (вечно растущие!) запросы пользователей , то теперь чипмейкеры идут с бо-о-о-льшим опережением!

Долгое время повышение производительности традиционных одноядерных процессоров в основном происходило за счет последовательного увеличения тактовой частоты (около 80% производительности процессора определяла именно тактовая частота) с одновременным увеличением количества транзисторов на одном кристалле. Однако дальнейшее повышение тактовой частоты (при тактовой частоте более 3,8 ГГц чипы попросту перегреваются!) упирается в ряд фундаментальных физических барьеров (поскольку технологический процесс почти вплотную приблизился к размерам атома: сегодня процессоры выпускаются по 45-нм технологии, а размеры атома кремния – приблизительно 0,543 нм):

Во-первых, с уменьшением размеров кристалла и с повышением тактовой частоты возрастает ток утечки транзисторов. Это ведет к повышению потребляемой мощности и увеличению выброса тепла;

Во-вторых, преимущества более высокой тактовой частоты частично сводятся на нет из-за задержек при обращении к памяти, так как время доступа к памяти не соответствует возрастающим тактовым частотам;

В-третьих, для некоторых приложений традиционные последовательные архитектуры становятся неэффективными с возрастанием тактовой частоты из-за так называемого «фон-неймановского узкого места» – ограничения производительности в результате последовательного потока вычислений. При этом возрастают резистивно-емкостные задержки передачи сигналов, что является дополнительным узким местом, связанным с повышением тактовой частоты.

Применение многопроцессорных систем также не получило широкого распространения, так как требует сложных и дорогостоящих многопроцессорных материнских плат. Поэтому было решено добиваться дальнейшего повышения производительности микропроцессоров другими средствами. Самым эффективным направлением была признана концепция многопоточности , зародившаяся в мире суперкомпьютеров, – это одновременная параллельная обработка нескольких потоков команд.

Так в недрах компании Intel родилась Hyper-Threading Technology (HTT ) – технология сверхпоточной обработки данных, которая позволяет процессору выполнять в одноядерном процессоре параллельно до четырех программных потоков одновременно. Hyper-threading значительно повышает эффективность выполнения ресурсоемких приложений (например, связанных с аудио- и видеоредактированием, 3D -моделированием), а также работу ОС в многозадачном режиме.

Процессор Pentium 4 с включенным Hyper-threading имеет одно физическое ядро, которое разделено на два логических , поэтому операционная система определяет его, как два разных процессора (вместо одного).

Hyper-threading фактически стала трамплином к созданию процессоров с двумя физическими ядрами на одном кристалле. В 2-ядерном чипе параллельно работают два ядра (два процессора!), которые при меньшей тактовой частоте обеспечивают бо льшую производительность, поскольку параллельно (одновременно!) выполняются два независимых потока инструкций.

Способность процессора выполнять одновременно несколько программных потоков называется параллелизмом на уровне потоков (TLP – thread-level parallelism ). Необходимость в TLP зависит от конкретной ситуации (в некоторых случаях она просто бесполезна!).

Основные проблемы создания процессоров

Каждое ядро процессора должно быть независимым, – с независимым энергопотреблением и управляемой мощностью;

Рынок программного обеспечения должен быть обеспечен программами, способными эффективно разбивать алгоритм ветвления команд на четное (для процессоров с четным количеством ядер) или на нечётное (для процессоров с нечётным количеством ядер) количество потоков;

…

По сообщению пресс-службы AMD , на сегодня рынок 4-ядерных процессоров составляет не более 2% от общего объема. Очевидно, что для современного покупателя приобретение 4-ядерного процессора для домашних нужд пока почти не имеет смысла по многим причинам. Во-первых, на сегодня практически нет программ, способных эффективно использовать преимущества 4-х одновременно работающих потоков; во-вторых, производители позиционируют 4-ядерные процессоры, как Hi-End -решения, добавляя к оснастке самые современные видеокарты и объемные жесткие диски, – а это в конечном счете ещё больше увеличивает стоимость и без того недешёвых …

Разработчики Intel говорят: «…в процессе развития количество ядер будет становиться всё больше и больше…».

Что ждёт нас в будущем

В корпорации Intel уже говорят не о «Мультиядерности» (Multi-Core ) процессоров, как это делается в отношении 2-, 4-, 8-, 16- или даже 32-ядерных решений, а о «Многоядерности» (Many-Core ), подразумевая совершенно новую архитектурную макроструктуру чипа, сравнимую (но не схожую) с архитектурой процессора Cell .

Структура такого Many-Core -чипа подразумевает работу с тем же набором инструкций, но с помощью мощного центрального ядра или нескольких мощных CPU , «окруженных» множеством вспомогательных ядер, что поможет более эффективно обрабатывать сложные мультимедийные приложения в многопоточном режиме. Кроме ядер «общего назначения», процессоры Intel будут обладать также специализированными ядрами для выполнения различных классов задач – таких, как графика, алгоритмы распознавания речи, обработка коммуникационных протоколов.

Именно такую архитектуру представил Джастин Раттнер (Justin R. Rattner ), руководитель сектора Corporate Technology Group Intel , на пресс-конференции в Токио. По его словам, таких вспомогательных ядер в новом многоядерном процессоре может насчитываться несколько дюжин. В отличие от ориентации на большие, энергоемкие вычислительные ядра с большой теплоотдачей, многоядерные кристаллы Intel будут активизировать только те ядра, которые необходимы для выполнения текущей задачи, тогда как остальные ядра будут отключены. Это позволит кристаллу потреблять ровно столько электроэнергии, сколько нужно в данный момент времени.

В июле 2008 г. корпорация Intel сообщила, что рассматривает возможность интеграции в один процессор нескольких десятков и даже тысяч вычислительных ядер. Ведущий инженер компании Энвар Галум (Anwar Ghuloum ) написал в своем блоге: «В конечном счете, я рекомендую воспользоваться следующим моим советом… разработчики уже сейчас должны начать думать о десятках, сотнях и тысячах ядер». По его словам, в настоящий момент Intel изучает технологии, которые смогли бы масштабировать вычисления «на то количество ядер, которые мы пока не продаём».

По мнению Галума, в конечном счете успех многоядерных систем будет зависеть от разработчиков, которым, вероятно, придется изменить языки программирования и переписать все существующие библиотеки.

Добрый день, уважаемые читатели нашего техноблога. Сегодня у нас не обзор, а некое подобие сравнения какой процессор лучше 2 ядерный или 4 ядерный? Интересно, кто круче себя показывает в 2018 году? Тогда приступим. Сразу скажем, что пальма первенства в большинстве случаев будет за устройством с большим числом физических модулей, но и чипы с 2 ядрами не так просты, как кажутся на первый взгляд.

Многие, наверное уже догадались, что рассматривать мы будем всех текущих представителей от Intel семейства Pentium Coffee Lake и народный «гиперпень» G4560 (Kaby Lake). Насколько модели актуальны в текущем году и стоит ли задуматься о покупке более производительных AMD Ryzen или тех же Core i3 с 4-мя ядрами.

Семейство AMD Godavari и Bristol Ridge намеренно не рассматривается по одной простой причине — оно не имеет никакого дальнейшего потенциала, да и сама платформа оказалась не самой удачной, как могло предполагаться.

Зачастую эти решения покупаются либо по незнанию, либо «на сдачу» в качестве какой-нибудь максимально дешевой сборки для интернета и онлайн-фильмов. Но нас такое положение вещей особо не устраивает.

Отличия 2-ядерных чипов от 4-ядерных

Рассмотрим основные моменты, которые отличают первую категорию чипов от второй. На аппаратном уровне можно заметить, что отличается только количество вычислительных блоков. В остальных случаях, ядра объединены высокоскоростной шиной обмена данными, общим контроллером памяти для плодотворной и оперативной работы с ОЗУ.

Зачастую кэш L1 каждого ядра — величина индивидуальная, а вот L2 может быть либо един для всех, либо также индивидуален для каждого блока. Однако в таком случае дополнительно используется уже кэш-память L3.

В теории 4-ядерные решения должны быть быстрее и мощнее в 2 раза, поскольку выполняют на 100% больше операций за такт (возьмем за основу идентичную частоту, кэш, техпроцесс и все прочие параметры). Но на практике ситуация меняется совершенно нелинейно.

Но здесь стоит отдать должное: в многопотоке вся сущность 4 ядер раскрывается в полной мере.

Почему 2-ядерные процессоры все еще популярны?

Если взглянуть на мобильный сегмент электроники, то можно заметить засилье 6−8 ядерных чипов, которые выглядят максимально органично и нагружаются параллельно при выполнении всех задач. Почему так? ОС Android и iOS — довольно молодые системы с высоким уровнем конкуренции, а потому оптимизация каждого приложения — залог успеха продаж девайсов.

С индустрией ПК ситуация иная и вот почему:

Совместимость. При разработке любого ПО разработчики стремятся угодить как новой, так и старой аудитории со слабым железом. На 2-ядерных процессорах делается больший акцент в ущерб поддержки 8-ядерных.

Распараллеливание задач. Несмотря на засилье технологий в 2018 году, заставить программу работать с несколькими ядрами и потоками ЦП параллельно все еще не просто. Если речь заходит за просчет нескольких совершенно разных приложений, то вопросов нет, но когда дело касается вычислений внутри одной программы — тут уже хуже: приходится регулярно просчитывать абсолютно разную информацию, при этом не забывая об успехе задач и отсутствии ошибок при вычислениях.

В играх ситуация еще более интересная, поскольку объемы информации разделить на равные «доли» практически нереально. В итоге получаем следующую картину: один вычислительный блок маслает на 100%, остальные 3 — ждут своей очереди.

Преемственность. Каждое новое решение основывается на предыдущих наработках. Писать код с нуля не только дорого, но и зачастую невыгодно центру разработки, поскольку «людям и этого хватит, а пользователей 2-ядерных чипов все еще львиная доля».

Взять к примеру многие культовые проекты вроде Lineage 2, AION, World of Tanks. Все они создавались на базе древних движков, которые способны адекватно нагрузить лишь одно физическое ядро, а потому здесь основную роль при вычислениях играет только частота чипа.
Финансирование. Далеко не все могут позволить себе создать совершенно новый продукт, рассчитанный не 4,8, 16 потоков. Это слишком дорого, да и в большинстве случаев неоправданно. Взять к примеру ту же культовую GTA V, которая без проблем «съест» и 12 и 16 потоков, не говоря уже о ядрах.

Стоимость ее разработки перевалила за добрые 200 млн долларов, что само по себе уже очень дорого. Да, игра оказалась успешной, поскольку кредит доверия Rockstar в среде игроков был огромен. А если бы это был молодой стартап? Тут уже сами все понимаете.

Нужны ли многоядерные процессоры?

Давайте рассмотрим ситуацию с точки зрения простого обывателя. Большинству пользователей хватает 2 ядер по следующим причинам:

• невысокие потребности;
• большинство приложений работает стабильно;
• игры — не главный приоритет;
• низкая стоимость сборок;
• процессоры сами по себе дешевые;
• большинство покупает готовые решения;
• некоторые пользователи понятия не имеют, что им продают в магазинах и чувствуют себя прекрасно.

Можно ли играть на 2 ядрах? Да без проблем, что с успехом несколько лет доказывала линейка Intel Core i3 вплоть до 7-го поколения. Также огромной популярностью пользовались Pentium Kaby Lake, в которые впервые в истории внедрили поддержку Hyper Threading.
Стоит ли сейчас покупать 2 ядра, пусть и с 4-мя потоками? Исключительно для офисных задач. Эпоха данных чипов постепенно уходит, да и производители начали массово переключаться на 4 полноценных физических ядра, а потому не стоит рассматривать те же Pentium и Core i3 Kaby Lake в долгосрочной перспективе. AMD так и вовсе отказалась от 2-ядерников.

В первые годы нового тысячелетия, когда частоты CPU, наконец, прошли отметку 1 ГГц, некоторые компании (не будем показывать пальцем на Intel) предсказывали, что новая архитектура NetBurst сможет в будущем достичь частот порядка 10 ГГц. Энтузиасты ожидали наступление новой эры, когда тактовые частоты CPU будут расти подобно грибам после дождя. Нужно больше производительности? Просто перейдите на процессор с большей тактовой частотой.

Яблоко Ньютона громко упало на головы мечтателей, которые рассматривали мегагерцы как самый лёгкий способ продолжения роста производительности ПК. Физические ограничения не позволили экспоненциально увеличивать тактовую частоту без соответствующего роста тепловыделения, да и другие проблемы, связанные с технологиями производства, тоже стали возникать. Действительно, последние годы самые быстрые процессоры работают на частотах от 3 до 4 ГГц.

Конечно, прогресс не остановить, когда за него готовы платить деньги - есть довольно много пользователей, кто готов выложить немалую сумму за более мощный компьютер. Поэтому инженеры стали искать другие способы увеличения производительности, в частности, повышая эффективность выполнения команд, а не только надеясь на тактовую частоту. Параллелизм тоже оказался решением - если вы не можете сделать CPU быстрее, то почему не добавить второй такой же процессор, чтобы увеличить вычислительные ресурсы?

Pentium EE 840 - первый двуядерный CPU, появившийся в рознице.

Основная проблема с параллелизмом заключается в том, что программное обеспечение должно быть специально написано так, чтобы распределять нагрузку по нескольким потокам - то есть вы не получите немедленной отдачи от вложенных денег, в отличие от таковой частоты. В 2005 году, когда вышли первые двуядерные процессоры, они не обеспечивали серьёзного прироста производительности, поскольку на настольных ПК использовалось довольно мало программного обеспечения, которое бы их поддерживало. Фактически, большая часть двуядерных CPU была медленнее одноядерных процессоров в большинстве задач, поскольку одноядерные CPU работали на более высоких тактовых частотах.

Впрочем, прошло уже четыре года, и за них многое изменилось. Многие разработчики программного обеспечения оптимизировали свои продукты, чтобы получить преимущество от нескольких ядер. Одноядерные процессоры сегодня уже сложнее найти в продаже, и двух-, трёх- и четырёхъядерные CPU считаются вполне обыденными.

Но возникает вопрос: сколько ядер CPU нужно на самом деле? Достаточно ли для игр трёхъядерного процессора, или лучше доплатить и взять четырёхъядерный чип? Достаточно ли для обычного пользователя двуядерного процессора, или большее число ядер действительно даёт какую-либо разницу? Какие приложения оптимизированы под несколько ядер, а какие будут реагировать на изменение только таких спецификаций, как частота или размер кэша?

Мы посчитали, что настало хорошее время провести тесты приложений из обновлённого пакета (впрочем, обновление ещё не закончено) на одно-, двух-, трёх- и четырёхъядерных конфигурациях, чтобы понять, насколько ценными стали многоядерные процессоры в 2009 году.

Чтобы тесты были справедливыми, мы выбрали четырёхъядерный процессор - разогнанный до 2,7 ГГц Intel Core 2 Quad Q6600. После проведения тестов на нашей системе, мы затем отключили одно из ядер, перезагрузились, и повторили тесты. Мы последовательно отключали ядра и получили результаты для разного количества активных ядер (от одного до четырёх), при этом процессор и его частота не менялись.

Отключение ядер CPU под Windows выполнить очень легко. Если вы хотите узнать, как это сделать, то наберите "msconfig" в окне Windows Vista "Начать поиск/Start Search" и нажмите "Enter". Это откроет утилиту "Конфигурация системы".

В ней перейдите на закладку "Загрузка/Boot" и нажмите клавишу "Дополнительные параметры/Advanced options".

Это приведёт к появлению окна "Дополнительные параметры загрузки/BOOT Advanced Options". Выберите галочку "Число процессоров/Number of Processors" и укажите нужно число ядер процессора, которые будут активны в системе. Всё очень просто.

После подтверждения программа предложит перезагрузиться. После перезагрузки в "Диспетчере задач Windows" (Task Manager) можно увидеть число активных ядер. Вызов "Диспетчера задач" выполняется нажатием клавиш Crtl+Shift+Esc.

Выберите в "Диспетчере задач" вкладку "Быстродействие/Performance". В ней вы сможете увидеть графики нагрузки для каждого процессора/ядра (будь это отдельный процессор/ядро или виртуальный процессор, как мы получаем в случае Core i7 с активной поддержкой Hyper-Threading) в пункте "Хронология загрузки ЦП/CPU Usage History". Два графика означают два активных ядра, три - три активных ядра и т.д.

Теперь, когда вы ознакомились с методикой наших тестов, позвольте перейти к детальному рассмотрению конфигурации тестового компьютера и программ.

Тестовая конфигурация

Системное аппаратное обеспечение
Процессор	Intel Core 2 Quad Q6600 (Kentsfield), 2,7 ГГц, FSB-1200, 8 Мбайт кэша L2
Платформа	MSI P7N SLI Platinum, Nvidia nForce 750i, BIOS A2
Память	A-Data EXTREME DDR2 800+, 2 x 2048 Мбайт, DDR2-800, CL 5-5-5-18 на 1,8 В
Жёсткий диск	Western Digital Caviar WD50 00AAJS-00YFA, 500 Гбайт, 7200 об/мин, кэш 8 Мбайт, SATA 3,0 Гбит/с
Сеть	Встроенный контроллер nForce 750i Gigabit Ethernet
Видеокарты	Gigabyte GV-N250ZL-1GI 1 GB DDR3 PCIe
Блок питания	Ultra HE1000X, ATX 2.2, 1000 Вт
Программное обеспечение и драйверы
Операционная система	Microsoft Windows Vista Ultimate 64-bit 6.0.6001, SP1
Версия DirectX	DirectX 10
Драйвер платформы	nForce Driver Version 15.25
Графический драйвер	Nvidia Forceware 182.50

Тесты и настройки

3D-игры
Crysis	Quality settings set to lowest, Object Detail to High, Physics to Very High, version 1.2.1, 1024x768, Benchmark tool, 3-run average
Left 4 Dead	Quality settings set to lowest, 1024x768, version 1.0.1.1, timed demo.
World in Conflict	Quality settings set to lowest, 1024x768, Patch 1.009, Built-in benchmark.
iTunes	Version: 8.1.0.52, Audio CD ("Terminator II" SE), 53 min., Default format AAC
Lame MP3	Version: 3.98 (64-bit), Audio CD ""Terminator II" SE, 53 min, wave to MP3, 160 Kb/s
TMPEG 4.6	Version: 4.6.3.268, Import File: "Terminator II" SE DVD (5 Minutes), Resolution: 720x576 (PAL) 16:9
DivX 6.8.5	Encoding mode: Insane Quality, Enhanced Multi-Threading, Enabled using SSE4, Quarter-pixel search
XviD 1.2.1	Display encoding status=off
MainConcept Reference 1.6.1	MPEG2 to MPEG2 (H.264), MainConcept H.264/AVC Codec, 28 sec HDTV 1920x1080 (MPEG2), Audio: MPEG2 (44.1 KHz, 2 Channel, 16-Bit, 224 Kb/s), Mode: PAL (25 FPS), Profile: Tom"s Hardware Settings for Qct-Core
Autodesk 3D Studio Max 2009 (64-bit)	Version: 2009, Rendering Dragon Image at 1920x1080 (HDTV)
Adobe Photoshop CS3	Version: 10.0x20070321, Filtering from a 69 MB TIF-Photo, Benchmark: Tomshardware-Benchmark V1.0.0.4, Filters: Crosshatch, Glass, Sumi-e, Accented Edges, Angled Strokes, Sprayed Strokes
Grisoft AVG Antivirus 8	Version: 8.0.134, Virus base: 270.4.5/1533, Benchmark: Scan 334 MB Folder of ZIP/RAR compressed files
WinRAR 3.80	Version 3.80, Benchmark: THG-Workload (334 MB)
WinZip 12	Version 12, Compression=Best, Benchmark: THG-Workload (334 MB)
3DMark Vantage	Version: 1.02, GPU and CPU scores
PCMark Vantage	Version: 1.00, System, Memory, Hard Disk Drive benchmarks, Windows Media Player 10.00.00.3646
SiSoftware Sandra 2009 SP3	CPU Test=CPU Arithmetic/MultiMedia, Memory Test=Bandwidth Benchmark

Результаты тестов

Начнём с результатов синтетических тестов, чтобы потом оценить, насколько хорошо они соответствуют реальным тестам. Важно помнить, что синтетические тесты пишутся в расчёте на будущее, поэтому они должны сильнее реагировать на изменение в количестве ядер, чем реальные приложения.

Мы начнём с синтетического теста игровой производительности 3DMark Vantage. Мы выбрали прогон "Entry", который 3DMark выполняет на самом низком доступном разрешении, чтобы производительность CPU сильнее влияла на результат.

Почти линейный рост довольно интересен. Самый большой прирост наблюдается при переходе от одного ядра к двум, но и затем масштабируемость прослеживается довольно ощутимо. А теперь давайте перейдём к тесту PCMark Vantage, который призван отображать общую системную производительность.

Результаты PCMark заставляют предположить, что конечный пользователь выиграет от увеличения количества ядер CPU вплоть до трёх, а четвёртое ядро, наоборот, немного снизит производительность. Давайте посмотрим, с чем связан подобный результат.

В тесте подсистемы памяти мы вновь наблюдаем самый большой прирост производительности при переходе от одного ядра CPU к двум.

Тест продуктивности, как нам кажется, сильнее всего влияет на общий результат теста PCMark, поскольку в данном случае рост производительности заканчивается на трёх ядрах. Давайте посмотрим, будут ли аналогичны результаты другого синтетического теста SiSoft Sandra.

Мы начнём с арифметических и мультимедийных тестов SiSoft Sandra.

Синтетические тесты демонстрируют довольно линейный прирост производительности при переходе от одного ядра CPU к четырём. Данный тест написан специально, чтобы эффективно использовать четыре ядра, но мы сомневаемся, что в реальных приложениях будет такой же линейный прогресс.

Тест памяти Sandra тоже предполагает, что три ядра дадут больше пропускной способности памяти в целочисленных буферизованных операциях iSSE2.

После синтетических тестов настало время посмотреть, что мы получим в тестах приложений.

Кодирование аудио традиционно являлось сегментом, приложения в котором не очень сильно выигрывали от нескольких ядер, либо они не были оптимизированы разработчиками. Ниже приведены результаты Lame и iTunes.

Lame не демонстрирует особого преимущества при использовании нескольких ядер. Что интересно, мы наблюдаем небольшой прирост производительности с чётным количеством ядер, что довольно странно. Однако разница невелика, поэтому она просто может находиться в пределах погрешности.

Что касается iTunes, то мы видим небольшой прирост производительности после активации двух ядер, но большее число ядер ничего не дают.

Получается, ни Lame, ни iTunes не оптимизированы под несколько ядер CPU для кодирования аудио. С другой стороны, насколько мы знаем, программы кодирования видео часто очень сильно оптимизируют под несколько ядер из-за их изначально параллельной природы. Давайте посмотрим на результаты кодирования видео.

Мы начнём тесты кодирования видео с MainConcept Reference.

Обратите внимание, насколько сильно на результат влияет увеличение числа ядер: время кодирования уменьшается с девяти минут на одноядерном 2,7-ГГц процессоре Core 2 до всего двух минут и 30 секунд, когда активны все четыре ядра. Вполне понятно, что если вы часто перекодируете видео, то лучше брать процессор с четырьмя ядрами.

Получим ли мы схожие преимущества в тестах TMPGEnc?

Здесь можно видеть влияние на результат кодера. Если кодер DivX высоко оптимизирован под несколько ядер CPU, то Xvid не демонстрирует такого заметного преимущества. Впрочем, даже Xvid даёт снижение времени кодирования на 25% при переходе от одного ядра к двум.

Начнём графические тесты с Adobe Photoshop.

Как видим, версия CS3 не замечает добавление ядер. Странный результат для столь популярной программы, хотя мы признаём, что не использовали последнюю версию Photoshop CS4. Результаты CS3 всё равно не вдохновляют.

Давайте посмотрим на результаты 3D-рендеринга в Autodesk 3ds Max.

Вполне очевидно, что Autodesk 3ds Max "любит" дополнительные ядра. Данная особенность присутствовала в 3ds Max ещё во время работы этой программы в DOS-окружении, поскольку задача 3D-рендеринга выполнялась столь долго, что было необходимо распределять её по нескольким компьютерам в сети. Опять же, для подобных программ весьма желательно использовать четырёхъядерные процессоры.

Тест антивирусного сканирования очень близок к реальным жизненным условиям, поскольку почти все используют антивирусы.

Антивирус AVG демонстрирует чудесный прирост производительности при увеличении ядер CPU. Во время антивирусного сканирования производительность компьютера может очень сильно падать, и результаты наглядно показывают, что несколько ядер существенно сокращают время сканирования.

WinZip и WinRAR не дают заметного прироста на нескольких ядрах. WinRAR демонстрирует прирост производительности на двух ядрах, но не более того. Интересно будет посмотреть, как себя покажет только что вышедшая версия 3.90.

В 2005 году, когда стали появляться настольные компьютеры с двумя ядрами, просто не существовало игр, которые демонстрировали бы прирост производительности при переходе от одноядерных CPU на многоядерные процессоры. Но времена изменились. Как сказываются несколько ядер CPU на современных играх? Давайте запустим несколько популярных игр и посмотрим. Мы проводили игровые тесты в низком разрешении 1024x768 и с низким уровнем графических деталей, чтобы минимизировать влияние видеокарты и определить, насколько сильно данные игры упираются в производительность CPU.

Начнём с Crysis. Мы снизили до минимума все опции за исключением детализации объектов, которую мы выставили в "High", а также Physics, которую мы установили в "Very High". В итоге производительность игры должна сильнее зависеть от CPU.

Игра Crysis показала впечатляющую зависимость от количества ядер CPU, что весьма удивляет, поскольку мы считали, что она больше реагирует на производительность видеокарты. В любом случае, можно видеть, что в Crysis одноядерные CPU дают частоту кадров в два раза меньше, чем с четырьмя ядрами (впрочем, помните, что если игра будет больше зависеть от производительности видеокарты, то разброс результатов при разном числе ядер CPU будет меньше). Интересно также отметить, что игра Crysis может использовать только три ядра, поскольку добавление четвёртого не даёт заметной разницы.

Но мы знаем, что Crysis серьёзно использует расчёты физики, поэтому давайте посмотрим, каковая будет ситуация в игре не с такой продвинутой физикой. Например, в Left 4 Dead.

Что интересно, игра Left 4 Dead демонстрирует схожий результат, хотя львиная доля прироста производительности появляется после добавления второго ядра. Есть небольшой прирост при переходе на три ядра, но вот четвёртое ядро этой игре не требуется. Интересная тенденция. Посмотрим, насколько она будет характерна для стратегии реального времени World in Conflict.

Результаты вновь схожие, но мы видим удивительную особенность - три ядра CPU дают чуть лучшую производительность, чем четыре. Разница близка к пределу погрешности, но это вновь подтверждает, что четвёртое ядро в играх не используется.

Настало время делать выводы. Поскольку данных мы получили немало, давайте упростим ситуацию, рассчитав средний прирост производительности.

Сначала хотелось бы сказать о том, что результаты синтетических тестов слишком оптимистичны, если сравнивать использование нескольких ядер с реальными приложениями. Прирост производительности синтетических тестов при переходе от одного ядра к нескольким выглядит почти линейным, каждое новое ядро добавляет 50% производительности.

В приложениях мы наблюдаем более реалистичный прогресс - около 35% прироста от второго ядра CPU, 15% прирост от третьего и 32% прирост от четвёртого. Странно, что при добавлении третьего ядра мы получаем только половину преимущества, которое даёт четвёртое ядро.

В приложениях, впрочем, лучше смотреть на отдельные программы, а не на общий результат. Действительно, приложения кодирования аудио, например, вообще не выигрывают от увеличения числа ядер. С другой стороны, приложения кодирования видео дают серьёзные преимущества от большего числа ядер CPU, хотя всё довольно сильно зависит от используемого кодера. В случае программы 3D-рендеринга 3ds Max мы видим, что она серьёзно оптимизирована под многоядерные окружения, а приложения редактирования 2D-фотографий, подобные Photoshop, не реагируют на количество ядер. Антивирус AVG показал серьёзное увеличение производительности на нескольких ядрах, а на утилитах сжатия файлов выигрыш не такой большой.

Что же касается игр, то при переходе от одного ядра на два производительность увеличивается на 60%, а после добавления в систему третьего ядра мы получаем ещё 25% отрыв. Четвёртое ядро в выбранных нами играх не даёт преимуществ. Конечно, если бы мы взяли больше игр, то ситуация могла бы измениться, но, в любом случае, трёхъядерные процессоры Phenom II X3 кажутся весьма привлекательным и недорогим выбором для геймера. Важно отметить, что при переходе на более высокие разрешения и добавлении визуальных деталей, разница из-за количества ядер будет меньшей, поскольку видеокарта станет решающим фактором, влияющим на частоту кадров.

Четыре ядра.

С учётом всего сказанного и сделанного, можно подвести ряд итогов. В целом, вам не нужно быть каким-либо профессиональным пользователем, чтобы выиграть от установки многоядерного CPU. Ситуация существенно изменилась по сравнению с тем, что было четыре года назад. Конечно, разница кажется не такой существенной на первый взгляд, но довольно интересно отметить, насколько сильно приложения стали оптимизироваться под многопоточность в последние несколько лет, особенно те программы, которые от этой оптимизации могут дать существенный прирост производительности. Фактически, можно сказать, что сегодня уже нет смысла рекомендовать одноядерные CPU (если вы такие ещё найдёте), за исключением решений с низким энергопотреблением.

Кроме того, есть приложения, для которых пользователям рекомендуется покупать процессоры с как можно большим числом ядер. Среди них отметим программы кодирования видео, 3D-рендеринга и оптимизированные рабочие приложения, включая антивирусное ПО. Что касается геймеров, то прошли дни, когда одноядерного процессора с мощной видеокартой было достаточно.