Hogyan működik a Hyper Threading az Intel Core i7 processzorokban?

Rengetegszer hallottad már a Hiper-Threading kifejezést. Állítólag valami mágikus technológiáról van szó, amely megduplázza a processzor sebességét, miután engedélyezték. A vállalatok vagy be- vagy kikapcsolhatják, és még rengeteget számíthatnak fel, mint egy prémium.

Azt szeretném mondani, hogy mindez teljes hülyeség, és hogy ez a cikk arra kíván nevelni, hogy jobban megértse, mi is a hiperszál. Ez a cikk nagyon kezdőbarát lesz.

Előszó

A régebbi időkben, ha az Intelnek vagy az AMD-nek gyorsabb CPU-t kellene gyártania, általában növelnék a tranzisztorok potenciális számát azáltal, hogy összezsugorítják őket, és jobban elférnek ugyanabban a térben, és megpróbálják növelni frekvenciáikat (MHz / GHz-ben mérve). Az összes CPU-nak csak egyetlen magja volt. A CPU-k 32 bitesek lettek, és akár 4 GB RAM-ot is képesek kezelni. Később 64 bites CPU-kra költöztek, amelyek képesek kezelni a RAM ugrásait és korlátjait, nem csak 4 GB-ot. Ezután úgy döntöttek, hogy több magot használnak, és a munkaterheléseket elosztják ezeken a több magon a hatékonyabb számítás érdekében. Minden mag kommunikál egymással, hogy bármilyen feladatot eloszthasson. Az ilyen feladatról azt mondják, hogy ez egy több szálból álló feladat.

CPU részei

A CPU a következő részekből áll, amelyek összhangban működnek. Mint fent említettük, ez túlzott leegyszerűsítés lesz. Ez egyszerűen összeomlási tanfolyam, és ne vegye ezeket az információkat az evangélium szavaként. Ezek a részek nem szerepelnek sorrendben:

• Ütemező (valójában az operációs rendszer szintjén)
• Fetcher
• Dekóder
• Mag
• cérna
• Gyorsítótár
• Memória és I / O vezérlő
• FPU (lebegőpontos egység)
• Nyilvántartások

Ezen részek funkciói a következők

A memória és az I / O vezérlő kezeli az adatok be- és kilépését a CPU-ba és onnan. Az adatok a merevlemezről vagy az SSD-ről kerülnek a RAM-ba, majd a fontosabb adatok a CPU gyorsítótárába kerülnek. A gyorsítótárnak 3 szintje van. Például. a Core i7 7700K L3 gyorsítótára 8 MB. Ezt a gyorsítótárat a teljes CPU megosztja magonként 2 MB-mal. Az innen származó adatokat a gyorsabb L2 gyorsítótár veszi fel. Minden magnak megvan a maga L2 gyorsítótára, amely összesen 1 MB és magonként 256 KB. A Core i7 esetében Hyper-Threading van. Minden magnak 2 szála van, így ezt az L2 gyorsítótárat mindkét szál megosztja. Az L1 gyorsítótár összesen 256 KB, 32 KB-onként szálanként. Itt az adatok bejutnak a regiszterekbe, amelyek összesen 8 regiszter 32 bites módban és 16 regiszter 64 bites módban. Az operációs rendszer (OS) ütemezi a folyamatokat vagy utasításokat az elérhető szálra. Mivel egy i7-ben 8 szál van, a magokon belüli szálakra változik. Az olyan operációs rendszerek, mint a Windows vagy a Linux, elég okosak ahhoz, hogy tudják, mi a fizikai és mi a logikai mag.

Hogyan működik a Hyper Threading?

A hagyományos többmagos CPU-ban minden fizikai magnak megvan a saját erőforrása, és mindegyik mag egyetlen szálból áll, amely független hozzáféréssel rendelkezik az összes erőforráshoz. A Hyper-Threading 2 (vagy ritkán több) szálat foglal magában ugyanazon erőforrásokon. Az ütemező váltani tudja a feladatokat és folyamatokat ezek között a szálak között.

Egy hagyományos többmagos CPU-ban a mag „parkolhat” vagy tétlen maradhat, ha nincs hozzá rendelve adat vagy folyamat. Ezt az állapotot éhezésnek nevezik, és az SMT vagy a Hyper-Threading egészségesen oldja meg.

Fizikai vs logikai magok (és mik a szálak)

Ha szinte minden Core i5 specifikációját elolvassa, akkor észreveszi, hogy 4 fizikai magja és 4 logikai magja vagy 4 szála van (a Coffee Lake i5-ekben 6 mag és 6 szál van). Az összes i7 7700K-ig 4 mag és 8 szál / logikai mag. Az Intel processzorainak architektúrájában a szálak és a logikai magok ugyanazok. Az első generációs Nehalem óta a mai napig nem változtattak architektúrájuk elrendezésén a Coffee Lake-vel, így ezek az információk kitartanak. Ez az információ nem lesz elegendő a régebbi AMD CPU-k számára, de a Ryzen is sokat változtatott az elrendezésükön, és processzoraik most már hasonló kialakításúak, mint az Intel.

A hiperszálak előnyei

• A Hyper-Threading megoldja az „éhezés” problémáját. Ha egy mag vagy szál szabad, akkor az ütemező átadhatja neki az adatokat, a mag alapjárata helyett, vagy várhat, amíg más új adatok áramlanak rajta.
• Sokkal nagyobb és párhuzamos munkaterhelés végezhető el nagyobb hatékonysággal. Mivel több szál van párhuzamosan, az olyan alkalmazások, amelyek nagymértékben függnek a több száltól, jelentősen (bár nem kétszer olyan gyorsan) növelhetik munkájukat.
• Ha játékot folytat, és valamilyen fontos feladat fut a háttérben, a CPU nem küzd a megfelelő keretek biztosításáért és a feladat zökkenőmentes futtatásáért, mivel képes erőforrásokat váltani a szálak között.

A hiperszálak hátrányai

Az alábbiak nem sok hátrányt jelentenek, inkább kellemetlenségeket jelentenek.

• A Hyper-Threading kihasználásához szoftverszintű megvalósításra van szükség. Annak ellenére, hogy egyre több alkalmazást fejlesztenek ki a több szál előnyeinek kihasználására, azok az alkalmazások, amelyek nem használnak semmilyen SMT (szimultán többszálas menetrend) technológiát vagy akár több fizikai magot, ettől függetlenül pontosan ugyanúgy fognak futni. Ezen alkalmazások teljesítménye jobban függ a CPU órajelétől és IPC-jétől.
• A Hyper-Threading hatására a CPU több hőt termel. Ezért szokott az i5s sokkal magasabbat órázni, mint az i7s, mert nem fűtenének annyit, mint kevesebb száluk van.
• Több szál ugyanazon erőforrásokat osztja meg a magon belül. Ezért nem duplázódik meg a teljesítmény. Ehelyett nagyon okos módszer a hatékonyság maximalizálására és a teljesítmény növelésére, ahol csak lehetséges.

Következtetés

A Hyper-Threading régi technológia, de itt marad. Mivel az alkalmazások egyre igényesebbek és Moore törvényének növekvő halálozási aránya, a munkaterhelések párhuzamosításának képessége jelentősen javította a teljesítményt. A részlegesen párhuzamos munkaterhelések futtatása elősegíti a termelékenység növelését és gyorsabb elvégzését dadogás nélkül. És ha a 7. generációs i7 processzorához a legjobb alaplapot szeretné megvásárolni, akkor nézze meg ez cikk.

Utolsó frissítés 2021-01-05, 22: 02-kor / Társult linkek / Képek az Amazon Product Advertising API-tól