Что такое ядро процессора компьютера и ноутбука, какую функцию оно выполняет? С какими числами может работать процессор? На что влияет количество ядер компьютера, ноутбука?
Что такое центральный процессор компьютера, какую функцию выполняет его ядро и сколько должно быть ядер в хорошем ноутбуке?
21 век – век компьютерных технологий. Практически в каждом доме сегодня имеется хотя бы один персональный компьютер, а прилавки в магазинах электроники забиты сотнями и тысячами моделей ноутбуков, нетбуков и системных блоков с разнообразными техническими характеристиками, на которые покупатели первым делом обращают свое внимание. Однако даже некоторые опытные пользователи ПК не имеют полного представления о том или ином параметре компьютера, не говоря уже о новичках.
В нашей статье пойдет речь о такой важной части любого компьютера, как процессор и его ядро. Мы постараемся подробно рассказать, с какими числами может работать процессор, на что влияет количество его ядер и какую функцию они выполняют.
Изображение 1. Все о центральном процессоре и его ядрах.
Основные характеристики ядер ЦП
Ядро – физический элемент процессора (не путать с логическими ядрами — потоками), который влияет на производительность системы в целом.
Каждое изделие построено на определенной архитектуре, что говорит об определенном наборе свойств и возможностей, присущих линейке выпускаемых чипов.
Основная отличительная особенность – техпроцесс, т.е. размер транзисторов, используемых в производстве чипа. Показатель измеряется в нанометрах. Именно транзисторы являются базой для ЦП: чем больше их размещено на кремниевой подложке – тем мощнее конкретный экземпляр чипа.
Возьмем к примеру 2 модели устройств от Intel – Core i7 2600k и Core i7 7700k. Оба имеют 4 ядра в процессоре, однако техпроцесс существенно отличается: 32 нм против 14 нм соответственно при одинаковой площади кристалла. На что это влияет? У последнего можно наблюдать такие показатели:
- базовая частота – выше;
- тепловыделение – ниже;
- набор исполняемых инструкций – шире;
- максимальная пропускная способность памяти – больше;
- поддержка большего числа функций.
Иными словами, снижение техпроцесса = рост производительности. Это аксиома.
Характеристики ядра
Я назову основные характеристики ядер ЦП, чтобы вы лучше понимали, что они собой представляют:
- Архитектура — конструкция, набор свойств, присущих семейству процессоров, и соответственно ядер.
- Набор команд — включает в себя определенный тип данных, регистров, инструкций, адресаций и т. п.
- Объем встроенного кэша — памяти с большой скоростью доступа, которая нужна для обращений к памяти с малой (оперативной).
Кэш ядер делится на 3 уровня (L1, L2 и L3). В характеристиках многоядерных девайсов обычно указывается L1 для одного ядра. L2 медленнее, но имеет больший объем. Если вы подбираете проц для выполнения ресурсоемких задач, ориентируйтесь на кэш второго уровня. L3 присутствует в самых производительных устройствах. - Число функциональных блоков.
- Тактовая частота — количество операций, которое проц может выполнять за секунду. Исчисляется в гигагерцах.
- Напряжение питания.
- Тепловыделение.
- Технологический процесс — размер, использующийся при изготовлении ЦП. Измеряется в нанометрах.
- Площадь кристалла.
Производители CPU
На рынке есть два основных производителя центральных процессоров ― Intel и AMD.
Продукты Intel — дорогие, но имеют высокую производительность. Потребляют меньше энергии, следовательно меньше перегреваются. Имеют хорошую связь с оперативной памятью.
Продукты AMD значительно отстают от Intel, однако стоят дешевле. Они требуют много энергии и хуже взаимодействуют с оперативной памятью по сравнению с процессорами от Intel.
Физические и логические ядра CPU
Стоит поговорить о важном различии между физическими и логическими ядрами. Технологии Intel Hyper-threading и AMD Simultaneous Multithreading позволяют каждому ядру современных процессоров (по крайней мере, более-менее дорогих) одновременно работать с двумя потоками данных. Таким образом, поддержка HT и SMT означает удваивание количества ядер — например, с четырех физических до восьми логических.
Пригодится ли эта функция в играх и «тяжелом» ПО? Ответ однозначен: еще как!
SMT поддерживается большей частью процессоров, которые выпускает AMD — даже недорогими Ryzen 5. В случае с Intel поддержка HT есть только у топовых Core i7 и Core i9.
В 3D-ренедринге, кодировании видео, обработке задач, связанных с нейросетями и так далее дополнительные вычислительные потоки выгодны всегда. В играх они тоже практически всегда дают прирост производительности, но его далеко не во всех случаях можно назвать существенным — все опять-таки зависит от разработчиков и их способностей к оптимизации.
Сколько нужно ядер для обычного компьютера?
Большинство офисных программ, которые нужны обычному пользователю, работают в одноядерном режиме. Если запустить одну и ту же программу, которая не поддерживает несколько ядер, на одноядерном процессоре и четырехъядерном, прироста в скорости работы не будет. Лишь некоторые приложения «научились» разделять свою работу на два ядра. Потому для несложных, офисных задач вам вполне хватит двухъядерного процессора.
Существенный прирост производительности будет заметен тем, кто работает с «тяжелым» ПО для работы с видео и графикой, архивацией. Если вам часто приходится рендерить видео, работать в 3Ds-Max, Maya Autodesk, After Effects, рассматривайте четырехъядерные и шестиядерные процессоры. Эти приложения любят мощные системы и умеют эффективно работать с несколькими ядрами.
Что выбирать: ядра или потоки?
Поскольку ядра – это физические «мозговые центры», занимающиеся вычислениями, то за общую производительность центрального процессора отвечают именно они. Поэтому количеством ядер, ну и еще частотой процессора определяется его производительность.
Но и количество потоков также заслуживает внимания. Разберем на примере:
Двухъядерный процессор с двумя потокам нагружается операционной системой четырьмя параллельными последовательностями команд, например, от открытых игр и программ. Команды так и останутся в четырех «очередях», и ядра будут попеременно производить вычисления из каждой. При этом производительность ядра зачастую избыточна для обработки одной команды. Поэтому часть вычислительного потенциала ядра, а значит и процессора останется в резерве.
Если же взять аналогичный процессор с двумя ядрами, но уже на четыре потока, то все четыре очереди будут задействованы одновременно, по максимуму загружая ядра. Следовательно, задачи будут решены быстрее, а простоя вычислительных мощностей удастся избежать.
На практике это дает нам возможность одновременно запускать несколько программ: работать с документами, слушать музыку, общаться в мессенджерах и выполнять поиск в браузере. При этом программы будут работать эффективно, быстро, без торможений и зависаний.
В производственных масштабах для комплектации рабочих станций или серверов также следует отдать предпочтение большему количеству потоков при равных числах ядер. За исключением особых случаев, таких как работа с 1С, когда решающую роль играет тактовая частота, и ряда других приложений, активно использующих TCP/IP стек. В этих случаях распараллеливание вызывает существенную задержку при обработке пакетов .
Таким образом, чем больше ядер будет в процессоре, тем выше его производительность и скорость выполнения различных задач. А удвоенное количество потоков позволяет повысить эффективность процессора и задействовать его технический потенциал на полную.
В заключении интересное видео от компании Intel о том, как они создают микрочипы.
