Число ядер процессора и тактовая частота — что важнее?

Центральный процессор (ЦП или процессор) вашего компьютера, безусловно, является одним из важнейших факторов, определяющих его производительность. Без быстрого процессора остальное оборудование будет перегружать его большим количеством задач, чем он может обработать. В середине 90-х, когда рынок настольных ПК значительно набирал обороты, процессоры имели только одно ядро.

Современный ЦП — это архитектурное чудо с несколькими различными каналами для распределения и временного хранения задач. Они умнее, быстрее и динамичнее. Но новые процессоры вызывают у общественности новые вопросы. В частности, есть одна битва, которая вероятно, никогда не закончится: битва между количеством ядер процессора и его тактовой частотой.

Здесь мы рассмотрим вопрос о зависимости количества ядер процессора от тактовой частоты и расскажем, что более важно.

Прежде чем мы начнем, вы должны знать, что ответ может быть не таким удовлетворительным, как вы надеялись. Это рекомендации для сравнения того, что вы можете выбрать, ЦП с большим количеством ядер или ЦП с более высокой тактовой частотой. Не обязательно один процессор лучше или хуже другого. Важно чтобы процессор, которым вы пользуетесь хорошо подходил для того или иного варианта использования.

Производители тщательно разработали свои модели процессоров, чтобы убедиться, что они хорошо выдерживают конкуренцию и поставляют надежный продукт, который порадует их потребителей. Это означает достижение реалистичного, но гармоничного баланса между ядрами, тактовой частотой и ценой.

Почему ядра важны

Если у вас был компьютер в 90-х или даже в начале 2000-х, вы можете вспомнить, что, когда зависала одна программа, вполне вероятно, что зависла и вся ваша система. Это было в первую очередь потому, что у вашего процессора было только одно-единственное ядро, которое обрабатывало все вычисления для вашей системы. Вы же понимаете, в чем проблема?

См. также: 4 лучших альтернативы Facebook Messenger

Если в процессоре только одно ядро, и вы просите это ядро сделать что-то, что занимает много времени, ничего больше не будет обрабатываться, пока оно работает над этим одним процессом. Поэтому когда появились двухъядерные процессоры, способность компьютера к многозадачности резко возросла. Теперь у нас есть до 64 ядер в самых мощных процессорах рабочих станций и серверов AMD Threadripper и Epyc.

Почему тактовая частота важна

Тактовая частота процессора, как следует из названия, сильно влияет на количество задач, которые каждое ядро может выполнять за определенный период времени. Скорость вместе с разрядностью говорит вам, сколько данных может проходить через секунду. Если один процессор имеет разрядность 32 бита и скорость 3,93 ГГц, это означает, что он может обрабатывать почти 4 миллиарда единиц 32-битных данных в секунду. Это 4 миллиарда целых чисел!

Самые быстрые стандартные тактовые частоты процессоров составляют около 5 ГГц, а большинство операционных систем теперь 64-битные, так что это огромные цифры. Все это означает, что процессоры могут работать с однопоточными приложениями очень, очень быстро. Игры — это одно из основных мест, где более высокая тактовая частота, часто более важна чем количество ядер, потому что во многих играх не используется много ядер.

Принятие решения

Как и в случае с вариантами компьютерного оборудования, все зависит от вашего варианта использования и вашего бюджета. Например: есть ноутбуки, которые могут стоить до 100 000 рублей и выше. Но нужно ли вам столько лошадиных сил, сколько можно втиснуть в форм-фактор ноутбука (скажем, вы инженер, который выполняет моделирование эффективности морской нефтяной вышки), то это будет отличным выбором для вас. Есть и настольные компьютеры, которые могут делать гораздо больше, но они мене мобильны.

См. также: Повысьте скорость своего старого компьютера на 50%

Вариант использования большего количества ядер зависит от вашей рабочей нагрузки. Если вы запускаете много разных виртуальных машин или рендерируете фильмы, вы получите абсолютную выгоду от многоядерного процессора. Эти рабочие нагрузки в значительной степени являются многопоточными, и процессор Threadripper может значительно ускорить эти процессы.

Ученые и исследователи, создающие разные сложные модели (Реакции термоядерного синтеза) также выиграют от сумасшедшего количества ядер. Это связано с тем, что в этих рабочих нагрузках часто используется множество небольших заданий, которые могут очень хорошо задействовать ядра, и когда вы можете выполнить моделирование за два дня, а не за полторы недели, вы определенно заметите разницу.

Вариант использования более высоких тактовых частот встречается гораздо чаще. Геймеры, разработчики и создатели контента получают абсолютную выгоду от более высоких тактовых частот. Как правило, это означает, что более краткосрочные и менее многопоточные задачи, которые выполняет большинство из нас, будут завершаться быстрее, в результате чего процессор будет казаться быстрее.

Итак, что выбрать?

Учитывая, что большинство процессоров в настоящее время являются многоядерными, вы можете выбрать как приоритет — тактовую частоту. Это вероятно будет происходить естественным образом, поскольку большинство производителей ЦП будут выпускать более быстрые ЦП с меньшим количеством ядер в гораздо более доступном диапазоне для потребителей. Только в том случае, если у вас есть специализированный вариант использования, вы выиграете от высокопроизводительных многоядерных процессоров. Хороший выбор для большинства людей — это шесть или восемь ядер с тактовой частотой около 4,8 — 5,0 ГГц. Это характерно для процессоров AMD Ryzen и Intel Core.

Однако, если вы специализированный пользователь, AMD Threadripper — абсолютно единственный выбор. Они намного дороже, как и платформа (процессоры стоят от 1400 до 4000 долларов, а материнские платы стоят от 500 до 600 долларов), но когда вам нужна многоядерная производительность, это единственный выбор.

Многоядерность процессора или характеристика количества ядер

На первых порах развития процессоров, все старания по повышению производительности процессоров были направлены в сторону наращивания тактовой частоты , но с покорением новых вершин показателей частоты, наращивать её стало тяжелее, так как это сказывалось на увеличении TDP процессоров. Поэтому разработчики стали растить процессоры в ширину, а именно добавлять ядра, так и возникло понятие многоядерности.

Ещё буквально 6-7 лет назад, о многоядерности процессоров практически не было слышно. Нет, многоядерные процессоры от той же компании IBM существовали и ранее, но появление первого двухъядерного процессора для настольных компьютеров , состоялось лишь в 2005 году, и назывался данный процессор Pentium D. Также, в 2005 году был выпущен двухъядерник Opteron от AMD, но для серверных систем.

В данной статье, мы не будем подробно вникать в исторические факты, а будем обсуждать современные многоядерные процессоры как одну из характеристик CPU. А главное – нам нужно разобраться с тем, что же даёт эта многоядерность в плане производительности для процессора и для нас с вами.

Увеличение производительности за счёт многоядерности

Принцип увеличения производительности процессора за счёт нескольких ядер, заключается в разбиении выполнения потоков (различных задач) на несколько ядер. Обобщая, можно сказать, что практически каждый процесс, запущенный у вас в системе, имеет несколько потоков.

Сразу оговорюсь, что операционная система может виртуально создать для себя множество потоков и выполнять это все как бы одновременно, пусть даже физически процессор и одноядерный. Этот принцип реализует ту самую многозадачность Windows (к примеру, одновременное прослушивание музыки и набор текста).

Возьмём для примера антивирусную программу. Один поток у нас будет сканирование компьютера, другой – обновление антивирусной базы (мы всё очень упростили, дабы понять общую концепцию).

И рассмотрим, что же будет в двух разных случаях:

а) Процессор одноядерный. Так как два потока выполняются у нас одновременно, то нужно создать для пользователя (визуально) эту самую одновременность выполнения. Операционная система, делает хитро: происходит переключение между выполнением этих двух потоков (эти переключения мгновенны и время идет в миллисекундах). То есть, система немного «повыполняла» обновление, потом резко переключилась на сканирование, потом назад на обновление. Таким образом, для нас с вами создается впечатление одновременного выполнения этих двух задач. Но что же теряется? Конечно же, производительность. Поэтому давайте рассмотрим второй вариант.

б) Процессор многоядерный. В данном случае этого переключения не будет. Система четко будет посылать каждый поток на отдельное ядро, что в результате позволит нам избавиться от губительного для производительности переключения с потока на поток (идеализируем ситуацию). Два потока выполняются одновременно, в этом и заключается принцип многоядерности и многопоточности. В конечном итоге, мы намного быстрее выполним сканирование и обновление на многоядерном процессоре, нежели на одноядерном. Но тут есть загвоздочка – не все программы поддерживают многоядерность. Не каждая программа может быть оптимизирована таким образом. И все происходит далеко не так идеально, насколько мы описали. Но с каждым днём разработчики создают всё больше и больше программ, у которых прекрасно оптимизирован код, под выполнение на многоядерных процессорах.

Нужны ли многоядерные процессоры? Повседневная резонность

При выборе процессора для компьютера (а именно при размышлении о количестве ядер), следует определить основные виды задач, которые он будет выполнять.

Для улучшения знаний в сфере компьютерного железа, можете ознакомится с материалом про сокеты процессоров .

Точкой старта можно назвать двухъядерные процессоры, так как нет смысла возвращаться к одноядерным решениям. Но и двухъядерные процессоры бывают разные. Это может быть не «самый» свежий Celeron, а может быть Core i3 на Ivy Bridge, точно так же и у АМД – Sempron или Phenom II. Естественно, за счёт других показателей производительность у них будет очень отличаться, поэтому нужно смотреть на всё комплексно и сопоставлять многоядерность с другими характеристиками процессоров .

К примеру, у Core i3 на Ivy Bridge, в наличии имеется технология Hyper-Treading, что позволяет обрабатывать 4 потока одновременно (операционная система видит 4 логических ядра, вместо 2-ух физических). А тот же Celeron таким не похвастается.

Но вернемся непосредственно к размышлениям относительно требуемых задач. Если компьютер необходим для офисной работы и серфинга в интернете, то ему с головой хватит двухъядерного процессора.

Когда речь заходит об игровой производительности, то здесь, чтобы комфортно чувствовать себя в большинстве игр необходимо 4 ядра и более. Но тут всплывает та самая загвоздочка: далеко не все игры обладают оптимизированным кодом под 4-ех ядерные процессоры, а если и оптимизированы, то не так эффективно, как бы этого хотелось. Но, в принципе, для игр сейчас оптимальным решением является именно 4-ых ядерный процессор.

На сегодняшний день, те же 8-ми ядерные процессоры AMD , для игр избыточны, избыточно именно количество ядер, а вот производительность не дотягивает, но у них есть другие преимущества. Эти самые 8 ядер, очень сильно помогут в задачах, где необходима мощная работа с качественной многопоточной нагрузкой. К таковой можно отнести, например рендеринг (просчёт) видео, или же серверные вычисления. Поэтому для таких задач необходимы 6, 8 и более ядер. Да и в скором времени игры смогут качественно грузить 8 и больше ядер, так что в перспективе, всё очень радужно.

Не стоит забывать о том, что остается масса задач, создающих однопоточную нагрузку. И стоит задать себе вопрос: нужен мне этот 8-ми ядерник или нет?

Подводя небольшие итоги, еще раз отмечу, что преимущества многоядерности проявляются при «увесистой» вычислительной многопоточной работе. И если вы не играете в игры с заоблачными требованиями и не занимаетесь специфическими видами работ требующих хорошей вычислительной мощи, то тратиться на дорогие многоядерные процессоры, просто нет смысла ( какой процессор лучше для игр? ).

Ликбез по процессорам

Сразу скажу, что данная статья рассчитана на неискушенного пользователя ПК. Технически подкованный читатель вряд ли откроет для себя что-то новое. Перед вами своеобразный ликбез по современным центральным процессорам (далее по тексту просто “процессоры”) для настольных компьютеров и ноутбуков. Не вдаваясь в технические детали, я расскажу вам об основных параметрах, на которые стоит обратить внимание при выборе “шасси” для своего ПК.

Первым коммерческим однокристальным микропроцессором стал чип, выпущенный в 1971 году под маркой Intel 4004. С тех пор много воды утекло, и сегодня в индустрии процессоров для персональных компьютеров можно выделить двух основных игроков: Intel Corporation — ~84% доли рынка, и Advanced Micro Devices Inc. — ~10% доли рынка (данные за 2011 год).

Традиционно AMD находятся на вторых ролях, выступают в роли догоняющих, хотя, скажу откровенно, были моменты, когда решения от Advanced Micro Devices смотрелись куда привлекательнее Intel’овских.

Аналоги процессоров от AMD всегда стоят дешевле, но чуть больше греются и показывают чуть меньше “попугаев” в бенчмарках. По большому счету преимущество Intel скорее психологическое (потребители привыкли думать, что Intel круче) и позиционное: из-за большей доли в потребительском и профессиональном рынках — любое новое оборудование или программа прежде всего оптимизируется под процессоры от Intel.

Все же в статье при описании параметров и характеристик современных процессоров я не буду привязываться к решениям той или иной компании.

Сокет (Socket)

Первый параметр, который вы должны учесть при выборе процессора — это Сокет (Socket). Сокет — это по сути разъем для подключения процессора к материнской плате. Разные Сокеты — это разное количество контактов и габариты площадки под процессор. Соответственно, процессоры и сокеты разных ревизий будут несовместимы.

Например актуальным Сокетом для Intel на сегодня являются LGA1155, а для AMD — AM3 и AM3+.

Тактовая частота

Тактовая частота — это количество импульсов в секунду, подаваемых на процессор извне. Онахарактеризует производительность процессора, т.е. количество выполняемых операций в секунду. Однако процессоры с одной и той же тактовой частотой могут иметь различную производительность, так как на выполнение одной операции разным процессорам может требоваться различное количество тактов (обычно от долей такта до десятков тактов), а кроме того, процессоры, использующие конвейерную и параллельную обработку, могут на одних и тех же тактах выполнять одновременно несколько операций.

Тактовая частота процессора — самый “боянистый” показатель среди всех характеристик процессоров. И по сей день школьники всего мира частенько меряются письками частотой процессора, пытаясь доказать превосходство своей настольной системы над настольной системой товарища. Да, среди двух одинаковых процессоров бОльшую производительность будет иметь тот, у которого тактовая частота выше, но среди двух процессоров разных типов\классов\моделей процессор с бОльшей тактовой частотой не обязательно будет более производительным. Все же, чем выше данный показатель для отдельно взятого процессора, тем выше его производительность и тем лучше для нас, пользователей.

Частота системной шины

Системная шина или Front Side Bus (FSB) — это шина, обеспечивающая соединение между процессором и системным контроллером (“northbridge” — англ. “северный мост”). Северный мост — это чип, который координирует работу трех наиболее производительных подсистем ПК: процессора, оперативной памяти и дискретной видеокарты.

Таким образом, частота системной шины — это частота, с которой передаются данные между процессором и чипсетом. Соответственно, чем выше данный показатель, тем лучше, но все же этот показатель должен быть пропорционален производительности процессора и других подсистем ПК. Иначе говоря, частота системной шины должна как бы “поспевать” за процессором и оперативной памятью.

Количество ядер

Прежде всего надо дать определение тому, что такое многоядерный процессор. Многоядерный процессор — это процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе. Т.е. упрощенно в одном процессоре мы получаем две схемы обрабатывающих два и более параллельных потока информации. Или по другому: за один такт многоядерный процессор, в отличии от одноядерного, сделает несколько операций.

На сегодняшний день освоено производство 8-ядерных процессоров для домашних компьютеров, и 16-ядерных для серверных систем. А современные операционные системы такие как Windows7 и MacOS X 10.7(Lion) в полной мере используют возможности многоядерных процессоров и многопоточных вычислений.

Очевидно, что чем больше ядер в процессоре, тем выше производительность. Но не стоит думать, что последняя увеличивается кратно количеству ядер — это не так. Обычно прирост производительности многоядерных процессоров в сравнении с одноядерными варьируется от нескольких процентов до нескольких десятков процентов.

Кэш (Cache)

Кэш — это сверхбыстрая припроцессорная память, содержащая информацию, которая может быть запрошена с наибольшей вероятностью. Доступ к данным в кэше происходит значительно быстрее чем к оперативной памяти или жесткому диску. За счет этого уменьшается среднее время доступа, и увеличивается общая производительность системы.

В большинстве современных процессоров есть три уровня кэша:

L1 cache — самый быстрый кэш. Кэш первого уровня является неотъемлемой частью процессора, он примыкает к функциональным блокам и, как правило, делится на кэш команд и кэш данных.

L2 cache — второй по быстродействию кэш. В современных многоядерных процессорах у каждого ядра есть свой кэш второго уровня. При этом если, например, на упаковке четырехядерного процессора написано что L2 cashe — 1Mb, это значит, что на каждое ядро приходится 1Mb / 4ядра = 0,25Mb кэша.

L3 cashe — наименее быстрый кэш, но при этом может иметь внушительный объем, от нескольких Mb до нескольких десятков Mb. В многоядерных процессорах кэш третьего уровня находится в общем пользовании у всех ядер и предназначен для синхронизации данных раздельных L2 cache.

Чем больше объем кэшей второго и третьего уровней, тем выше производительность процессора. Зачастую одним из важнейших отличий бюджетных процессоров от процессоров средней и верхней ценовой категории является урезанный объем cache L2 и L3.

Рекомендуется при выборе процессора внимательно отнестись к такому показателю, как объем кэшей L2 и L3.

Техпроцесс

В обиходе под термином “техпроцесс” чаще всего подразумевают разрешающую способность фотолитографии при производстве процессоров. Например, “техпроцесс: 32нм” означает, что наименьший элемент схемы может иметь линейные размеры ~32нм.

Чем совершеннее (меньше) техпроцесс, тем меньше линейный размер транзистора, и следовательно, меньше потребляемая мощность и тепловыделение. К тому же на одном кристалле можно разместить бóльшее количество транзисторов. Кроме того можно увеличить тактовую частоту процессора и при этом сохранить надежность системы в целом.

Выбор процессора для настольной системы последнее время стал довольно тривиальной задачей. Зачастую мощность процессора пропорциональна розничной цене. И, если хоть сколько-нибудь озаботиться выбором, достаточно лишь прочесть на тематических ресурсах пару тройку обзоров процессоров, находящихся в заданной ценовой категории. Но не смотря на это очень желательно, и я убежден в этом, иметь базовое представление о характеристиках современного центрального процессора. Надеюсь, данная статья читалась легко, и это самое базовое представление ты, читатель, получил!

При подготовке материала использовались источники:
https://techno-blogger.ru/2021/03/chislo-yader-processora-i-taktovaya-chastota-chto-vazhnee.html
http://we-it.net/index.php/zhelezo/protsessory/147-mnogoyadernost-protsessora-ili-kharakteristika-kolichestva-yader
https://mygadget.su/2012/12/likbez-po-protsessoram/