Логическое ядро процессора что это
Перейти к содержимому

Логическое ядро процессора что это

  • автор:

Группы процессоров

64-разрядные версии Windows 7 и Windows Server 2008 R2 и более поздних версий Windows поддерживают более 64 логических процессоров на одном компьютере. Эта функция недоступна в 32-разрядных версиях Windows.

Системы с несколькими физическими процессорами или системами с физическими процессорами с несколькими ядрами обеспечивают операционную систему несколькими логическими процессорами. Логический процессор — это один логический вычислительный модуль с точки зрения операционной системы, приложения или драйвера. Ядро — это одна единица процессора, которая может состоять из одного или нескольких логических процессоров. Физический процессор может состоять из одного или нескольких ядер. Физический процессор совпадает с пакетом процессора, сокетом или ЦП.

Поддержка систем, имеющих более 64 логических процессоров, основана на концепции группы процессоров, которая является статическим набором до 64 логических процессоров, которые рассматриваются как единая сущность планирования. Группы обработчиков нумеруются начиная с 0. Системы с менее чем 64 логическими процессорами всегда имеют одну группу, группу 0.

Windows Server 2008, Windows Vista, Windows Server 2003 и Windows XP: группы обработчиков не поддерживаются.

При запуске системы операционная система создает группы процессоров и назначает логическим процессорам группам. Если система поддерживает горячее добавление процессоров, операционная система разрешает пространство в группах для процессоров, которые могут поступать во время работы системы. Операционная система сводит к минимуму количество групп в системе. Например, система с 128 логическими процессорами будет иметь две группы процессоров с 64 процессорами в каждой группе, а не четыре группы с 32 логическими процессорами в каждой группе.

Для повышения производительности операционная система учитывает физическое локальность при назначении логических процессоров группам. Все логические процессоры в ядре, а все ядра в физическом процессоре назначаются одной группе, если это возможно. Физические процессоры, физически близкие друг к другу, назначаются одной группе. Узел NUMA назначается одной группе, если емкость узла не превышает максимальный размер группы. Дополнительные сведения см. в разделе «Поддержка NUMA».

В системах с 64 или меньшими процессорами существующие приложения будут работать правильно без изменений. Приложения, которые не вызывают какие-либо функции, использующие маски сопоставления процессоров или номера процессора, будут работать правильно во всех системах независимо от количества процессоров. Для правильной работы в системах с более чем 64 логическими процессорами может потребоваться изменение следующих типов приложений:

  • Приложения, которые управляют, поддерживают или отображают сведения о каждом процессоре для всей системы, должны быть изменены для поддержки более 64 логических процессоров. Примером такого приложения является диспетчер задач Windows, который отображает рабочую нагрузку каждого процессора в системе.
  • Приложения, для которых важна производительность, и которые могут эффективно масштабироваться за пределами 64 логических процессоров, необходимо изменить для запуска в таких системах. Например, приложения базы данных могут воспользоваться изменениями.
  • Если приложение использует библиотеку DLL, которая содержит структуры данных для каждого процессора, и библиотека DLL не была изменена для поддержки более 64 логических процессоров, все потоки в приложении, вызывающие функции, экспортированные библиотекой DLL, должны быть назначены одной группе.

По умолчанию приложение ограничено одной группой, которая должна обеспечить достаточно возможностей обработки для типичного приложения. Операционная система изначально назначает каждому процессу одну группу с циклическим перебором между группами в системе. Процесс начинает выполнение, назначенное одной группе. Первый поток процесса изначально выполняется в группе, которой назначается процесс. Каждый только что созданный поток назначается той же группе, что и созданный поток.

Приложение, требующее использования нескольких групп, чтобы оно могли работать на более чем 64 процессорах, должно явно определить, где запускать потоки и отвечать за настройку сопоставлений обработчиков потоков с нужными группами. Флаг INHERIT_PARENT_AFFINITY можно использовать для указания родительского процесса (который может отличаться от текущего процесса), из которого создается сходство для нового процесса. Если процесс выполняется в одной группе, он может считывать и изменять его сходство с помощью GetProcessAffinityMask и SetProcessAffinityMask, оставаясь в той же группе; если сходство процесса изменено, новое сходство применяется к его потокам.

Сходство потока можно указать при создании с помощью расширенного атрибута PROC_THREAD_ATTRIBUTE_GROUP_AFFINITY с функцией CreateRemoteThreadEx. После создания потока его сходство можно изменить, вызвав SetThreadAffinityMask или SetThreadGroupAffinity. Если поток назначается группе, отличной от процесса, сопоставление процесса обновляется, чтобы включить сходство потока, и процесс становится процессом с несколькими группами. Для отдельных потоков необходимо вносить дальнейшие изменения сходства; Сходство процесса с несколькими группами нельзя изменить с помощью SetProcessAffinityMask . Функция GetProcessGroupAffinity извлекает набор групп, которым назначен процесс и его потоки.

Чтобы указать сходство для всех процессов, связанных с объектом задания, используйте функцию SetInformationJobObject с классом JobObjectGroupInformation или JobObjectGroupInformationEx .

Логический процессор определяется его номером группы и его номером относительного процессора группы. Это представлено структурой PROCESSOR_NUМБ ER. Числовые номера процессора, используемые устаревшими функциями, являются относительными к группам.

Обсуждение изменений архитектуры операционной системы для поддержки более 64 процессоров см. в техническом документе , поддерживающем системы, имеющие более 64 процессоров.

Список новых функций и структур, поддерживающих группы обработчиков, см. в статье «Новые возможности процессов и потоков».

Поведение, начиная с Windows 11 и Windows Server 2022

Начиная с Windows 11 и Windows Server 2022, по умолчанию приложения не ограничены одной группой процессоров. Вместо этого процессы и их потоки имеют сходство процессоров, которые по умолчанию охватывают все процессоры в системе между несколькими группами на компьютерах с более чем 64 процессорами.

Чтобы приложения автоматически воспользовались всеми процессорами на компьютере с более чем 64 процессорами, начиная с Windows 11 и Windows Server 2022, ОС изменилась, чтобы сделать процессы и их потоки охватывают все процессоры в системе по умолчанию. Это означает, что приложения больше не должны явно задавать сходство своих потоков, чтобы получить доступ к нескольким группам обработчиков.

По соображениям совместимости ОС использует новую концепцию основной группы как для процессов, так и для потоков. Каждый процесс назначается основной группе при создании, и по умолчанию все его потоки основной группы совпадают. Идеальный процессор каждого потока находится в основной группе потока, поэтому потоки будут предпочтительно запланированы на процессоры в их основной группе, но они могут быть запланированы на процессоры в любой другой группе. API сходства, которые не поддерживают группу или работают с одной группой, неявно используют основную группу в качестве группы обработчиков процессов или потоков; Дополнительные сведения о новых поведении проверка разделах «Примечания» для следующих элементов:

Приложения могут использовать наборы ЦП для эффективного управления сходством процесса или потока над несколькими группами процессоров.

Различия между физическими ядрами и логическими процессорами

core cpu logo

Настройка серверов windows и linux

Добрый день! Уважаемые подписчики и просто гости IT блога pyatilistnik.org. В прошлый раз мы с вами разобрали пошаговую установку Windows 11. В сегодняшнем посте мы поговорим про различия между физическими ядрами и логическими процессорами, так как у многих людей есть в этом путаница и закономерные вопросы, так как есть физические процессоры, ядра, потоки, переключатели контекста, логические процессоры, не говоря уже обо всех других аспектах, таких как кеш, TDP, тактовая частота.

Понимание разницы между физическими ядрами и логическими процессорами

Так в чем же разница между физическими ядрами и логическими процессорами? Что ж, как следует из названия, физические ядра — это просто физические единицы на процессоре. Принимая во внимание, что логические процессоры являются программной абстракцией.

Логические процессоры также связаны с потоками. Они поддерживаются технологией Hyper-Threading, встроенной в некоторые процессоры Intel (Hyper Transport на AMD). При включенной гиперпоточности вы фактически получаете два потока на ядро. Таким образом, если у вас есть 6-ядерный процессор, такой как процессор Intel Core i7-8750H, с включенной гиперпоточностью, вы, по сути, получаете 12 потоков, работающих одновременно. Поэтому можно сказать, что у вас 12 логических ядер.

логические ядра — это количество физических ядер, умноженное на количество потоков

cpu в PowerEdge R740

Итак, давайте посмотрим, что означает каждый из этих терминов в отдельности.

Физические ядра против логических процессоров

Я часто встречал миф и заблуждение, что якобы логические процессоры увеличивают количество физических ядер, запомните это бред. Логический процессор НЕ увеличивает количество имеющихся у вас физических ядер. Логические процессоры — это всего лишь способ повысить эффективность ваших нынешних ядер. Они не увеличивают ни их количество, ни скорость, с которой они обрабатывают информацию.

Запомните следующее: Большее количество физических ядер ВСЕГДА лучше, чем большее количество логических ядер

У вас может возникнуть соблазн купить процессор с 2 физическими ядрами и 2 дополнительными потоками, что в сумме даст вам 4 логических процессора. Однако это не то же самое, что иметь 4 физических ядра.

Другими словами, двухъядерный процессор с поддержкой гиперпоточности менее мощный, чем четырехъядерный процессор без поддержки гиперпоточности.

Что Такое Ядро?

Ядро — это физический объект на процессоре. До того, как появились ядра, никогда не было беспокойства о том, сколько ядер у процессора, а сколько нет. Тогда у каждого процессора был один набор компонентов, таких как ALU, регистры, кеш и т. д. В настоящее время все стало довольно сложно. Почти все процессоры имеют как минимум два ядра. Каждое из ядер имеет отдельное ALU, регистры и кэш. Схематично, это выглядит вот так.

Схема структуры процессора

На этом изображении хорошо представлена ​​архитектура процессора. Как видите, этот процессор имеет четыре ядра, каждое из которых имеет собственный кэш. Внутри у каждого будет свой набор компонентов и схем.

Каждое ядро ​​может иметь скорость от базовой скорости 1 GHz до базовой скорости 3 GHz. Например, процессоры Intel Celeron имеют базовую частоту 1 GHz на ядро. С другой стороны, процессор Intel Core i7 может иметь базовую тактовую частоту около 3,5 GHz на ядро ​​и частоту Turbo 4,90 GHz на ядро.

Turbo Frequency срабатывает, когда вы выполняете ресурсоемкие задачи, такие как игры. Однако, когда процессор переходит в обычное состояние или при работе с нетребовательными задачами, такими как обработка текстов, он возвращается к базовой частоте. Это делается для уменьшения выделяемого тепла и потребляемой мощности.

Для чего придумали ядра?

Использование нескольких процессоров имело свои недостатки, потому что между каждым процессором была внешняя шина, поэтому скорость компьютера ограничивалась скоростью шины. Лучшим способом было включить несколько секций Core внутри одного чипа или кристалла. В этом случае чип все еще был похож на один ЦП с подключением питания, монтажом, радиатором и передней шиной, но имел несколько ядер. Это привело к появлению многоядерных процессоров, которые позволили достичь более высоких скоростей вычислений.

Еще одним важным ограничением сверхмощного процессора с одним процессором было тепловыделение и проблема с переключением контекста, основная идея заключается в том, что один ЦП выделял много тепла, потреблял гораздо больше энергии и страдал от низкой эффективности многозадачности.

Подкомпоненты Центрального Процессора

Выше я упомянул компоненты ЦП и его ядер, давайте я немного подробнее расскажу, о них.

  1. ALU (Arithmetic Logic Unit — Арифметико-Логическое Устройство) — Это компонент ЦП, который выполняет математические, логические операции или операции принятия решений. Вы можете рассматривать АЛУ как самое сердце.
  2. FPU (Floating Point Unit — Модуль С Плавающей Запятой) — Это вспомогательный компонент ALU, который выполняет математические операции над числами с плавающей запятой.
  3. Регистры — Это компоненты хранения внутри ЦП, где данные и инструкции хранятся во время процесса выполнения. Регистры также хранят различные состояния, необходимые процессу выполнения.
  4. Блок Управления (Control Unit) — Блок управления подобен оркестратору, который контролирует различные шаги, происходящие во время выполнения инструкций. Вы можете думать об этом как, о менеджере, который на самом деле заставляет все это работать внутри процессора.
  5. Кэш — Современные процессоры также содержат кэш. Это дополнительная память внутри ЦП, которая используется для хранения инструкций и данных после выборки из ОЗУ. Кэш заполняется инструкциями и данными, которые считаются наиболее важными для предстоящего выполнения в ЦП. Это устраняет время выборки из ОЗУ, поскольку инструкции передаются в ЦП из кэша, который уже находится внутри ЦП. В свою очередь, это обеспечивает повышение общей производительности компьютера.
  6. Фронтальная Шина (Front-Side-Bus) — Как вы видели, инструкции и данные перемещаются в ЦП и из него. Первоначально они находятся в ОЗУ и передаются в ЦП. В ЦП инструкции обрабатываются, а результат передается в ОЗУ. Передняя шина обеспечивает интерфейс или шлюз для этого потока информации.

Фронтальная Шина

Как работает процессор или ядро?

Ответ на вопрос «что такое ядро ​​в компьютере» не будет полностью понят, если вы не понимаете, как работает ядро ​​ЦП. Конечно, существует целая инженерная степень, основанная на этой концепции, поэтому подробное рассмотрение выходит за рамки этой статьи. Давайте посмотрим на то, что происходит с очень высокого уровня. Как упоминалось ранее, компьютерная программа представляет собой набор инструкций, которые выполняют задачи по запуску операционной системы и других приложений на компьютере.

Инструкции хранятся в ОЗУ, и каждая инструкция хранится по определенному адресу памяти внутри ОЗУ. Инструкции считываются ЦП, выполняются, а результат сохраняется в ОЗУ. Каждое ядро ​​в ЦП выполняет четыре основные функции в процессе выполнения инструкций:

Как работает процессор или ядро

  1. Получить (Fetch ) — Инструкции извлекаются ЦП из ОЗУ.
  2. Расшифровать (Decode) — Инструкции написаны на языке ассемблера, которые декодируются в двоичные слова (единицы и нули), потому что выполнение инструкций осуществляется как бинарные операции.
  3. Выполнить (Execute) — Декодированные инструкции выполняются в ЦП.
  4. Обратная Запись —

Результат выполнения инструкций сохраняется в оперативной памяти. Вместе вышеуказанные 4 функции, происходящие в одной и той же последовательности, называются командным циклом. Во время выполнения компьютерных программ циклы инструкций повторяются для каждой инструкции в программе. Каждое ядро ​​может обрабатывать цикл выборки и выполнения. Следовательно, чем больше у вас ядер, тем больше циклов команд может выполнить ЦП.

Зачем Так Много Ядер Вместо Одного Мощного Одноядерного Процессора?

Обычно так было до введения ядер. Например, Pentium II, флагманский процессор 1997 года, имел одно ядро. Он значительно улучшил тактовую частоту по сравнению с Pentium I. Точно так же Pentium III, флагманский процессор 1999 года, улучшил тактовую частоту Pentium II. Так зачем вводить больше ядер?

  • Высокая Температура — В конце концов улучшение тактовой частоты достигло физического ограничения. Они просто не могли охлаждаться достаточно эффективно, чтобы поддерживать точную производительность. Кроме того, они просто будут потреблять много энергии, чтобы работать. Это породило ядра. Идея здесь заключалась в том, что два ядра, работающие на более медленных скоростях, будут потреблять меньше энергии и выделять меньше тепла по сравнению с одним ядром, работающим на сверхвысокой скорости.
  • Многозадачность — Помимо проблем с нагревом, еще одной проблемой одноядерного процессора было отсутствие многозадачности. Есть такая штука, как Context Switch Overhead. Переключение контекста происходит, когда ЦП должен переключиться с одной задачи на другую. Поэтому, если вы печатаете что-то в Microsoft Word и вдруг переключаетесь на свой интернет-браузер, процессор должен переключиться на совершенно другой процесс. Это ухудшает производительность.

Следовательно, с точки зрения эффективности одноядерный процессор должен быть чрезвычайно быстрым и энергоемким, чтобы соответствовать производительности многоядерного процессора, работающего на более низкой тактовой частоте. По сути, он должен иметь возможность компенсировать накладные расходы на переключение контекста. Простейшие многоядерные процессоры могут обрабатывать столько потоков (процессов), сколько у них ядер.

  • Потоки (Threads) — Здесь стоит определить потоки. Это довольно простая концепция, но необходимая для понимания того, что такое логические процессоры. Потоки (процессы) — это в основном набор данных, доставляемых определенной программой процессору. Для пояснения рассмотрим поток как единую программу, работающую на компьютере, такую ​​как Skype или Microsoft Word. Одноядерный процессор может одновременно обрабатывать только один поток. Таким образом, если вы переключитесь с потока Skype на поток Microsoft Word на одном ядре процессора, вы понесете штраф за переключение контекста.

Чтобы переключаться с одного потока на другой, одноядерный процессор должен быть чрезвычайно быстрым, чтобы обеспечить плавный переход. Никто не хочет, чтобы их компьютер тормозил. Таким образом, чтобы выполнить этот плавный переход, потребуется много энергии, чтобы компенсировать накладные расходы, вызванные переключением контекста. Это снова генерирует тепло. Однако многоядерные процессоры имеют несколько потоков. Каждое ядро ​​может обрабатывать отдельный набор данных из другой программы. Таким образом, в случае, когда у вас есть два ядра и две программы, работающие одновременно, каждое ядро ​​будет обрабатывать один поток отдельно. Поэтому переход между ними будет очень плавным.

Не говоря уже о том, что процессор будет работать прохладно и в то же время, потому что ядрам не придется беспокоиться о переключении, т.е. об удалении текущего потока и загрузке ресурсов следующего потока при переключении. Поэтому наличие нескольких ядер необходимо для многозадачности. Чем больше у вас потоков, тем больше одновременных задач вы можете выполнять.

Как правило, количество потоков = количеству ядер. ЕСЛИ ТОЛЬКО ваш процессор не поддерживает Hyper-Threading, в этом случае количество потоков > количество ядер

  • Два сокета — то есть два физических процессора
  • Ядра — 12 физических ядер
  • 24 логических процесса

Диспетчер задач

Логические Процессоры и Hyper-Threading

Теперь, когда у вас есть общее представление о том, что такое ядро ​​и поток, пришло время поговорить о том, что такое логические процессоры и каково их отношение к Hyper-Threading.

Логический процессор — это абстрактный процессор, созданный полностью из программного обеспечения. Однако операционная система ПРИНИМАЕТ это как отдельный физический процессор. По сути, если у вас есть процессор с включенной технологией Hyper-Threading, количество логических процессоров будет в два раза больше, чем физических ядер. В итоге у вас получается два потока на ядро. Обратите внимание, что не все процессоры Intel имеют функцию Hyper-Threading.

Проведем анатомическую аналогию, ваш «рот», который ест «еду» «двумя руками». Рот здесь представляет собой «ядро», а еда — «процесс/задачу». Если бы ваш рот был одноядерным процессором без включенной гиперпоточности, то то, как вы едите, выглядело бы примерно так:

Возьмите еду одной рукой и положите ее в рот
ПОДОЖДИТЕ, пока ее не разжевали
Убедитесь, что еда проглочена

Если бы ваш рот был одноядерным с включенной гиперпоточностью, то то, как вы едите, выглядело бы примерно так:

Возьмите еду одной рукой и положите ее в рот
Когда вы собираетесь закончить жевать, поднесите еду второй рукой ко рту.
Одновременно используйте первую руку, чтобы еще схватить еды.
И процесс продолжается

Следовательно, гиперпоточность или логические процессоры по существу планируют задачи на ядре. Это делает обработку задачи более эффективной. Это не обязательно делает ядро ​​быстрее, оно просто делает его более эффективным. Это, безусловно, НЕ удваивает количество ядер, которые у вас есть.

Всегда Ли Помогает Гиперпоточность?

Гиперпоточность не может помочь с однопоточными рабочими нагрузками. На самом деле, даже несколько ФИЗИЧЕСКИХ ядер не смогут помочь вам с однопоточными рабочими нагрузками. Например, старые игры печально известны тем, что используют только одно ядро ​​и один поток. Таким образом, гиперпоточность не будет иметь большого значения. Однако новые игры становятся все более и более многопоточными по своей природе.

С другой стороны, Hyper-Threading может творить чудеса с многопоточными рабочими нагрузками, такими как обработка изображений или рендеринг анимации. Если вы профессиональный редактор или дизайнер, то вам абсолютно необходимо использовать как можно больше физических ядер и убедиться, что он поддерживает технологию Hyper-threading, чтобы получить много логических процессоров.

Тактовая частота, тепловыделение и ядра

Компьютер является цифровым устройством. Работает в двоичных единицах и нулях. Эти единицы и нули представлены импульсами электрического напряжения, которые имеют чрезвычайно короткую продолжительность, обычно порядка 1–2 ГГц (гигагерц) или от 1 до 2 миллиардов импульсов в секунду (может достигать гораздо больших величин). Это также известно как тактовая частота. Чем больше число импульсов в секунду, тем больше тактовая частота и тем быстрее обработка. Другими словами, очень быстрые процессоры имеют высокую тактовую частоту.

Можно подумать, что для того, чтобы продолжать увеличивать скорость компьютеров, вы просто продолжаете увеличивать тактовую частоту, но это не так после определенного предела. Напомним, что один мощный процессор может выделять много тепла. Следовательно, ЦП разделен на ядра. Каждое ядро ​​имеет свою тактовую частоту. Итак, если вы видите четырехъядерный процессор с тактовой частотой 3,0 ГГц. В основном это означает, что КАЖДОЕ ЯДРО ЦП имеет тактовую частоту 3,0 ГГц.

Хотя одна статья не может полностью раскрыть эту очень сложную концепцию, я рекомендуем вам читать дальнейшие статьи. С вами был Иван Сёмин, автор и создатель IT портала Pyatilistnik.org.

Популярные Похожие записи:
  • Как долго может проработать процессор?Как долго может проработать процессор?
  • Как включить Receive Side Scaling (RSS) на сетевом интерфейсеКак включить Receive Side Scaling (RSS) на сетевом интерфейсе
  • Как установить диск в сервер Dell Power Edge R740xd
  • Проверка совместимости компьютера с Windows 11, за минуту
  • Что такое частота обновления монитора? (Полное руководство)Что такое частота обновления монитора? (Полное руководство)
  • Не грузится сервер Dell PowerEdge R740

Ядра и потоки серверного процессора

Ядра и потоки серверного процессора

Количество ядер и потоков процессора — ключевые характеристики, которые обязательно принимаются во внимание при выборе конфигурации сервера. Интуитивно понятно, что чем большие цифры стоят в соответствующих полях спецификации, тем лучше. Но всегда ли нужно стремиться к максимальным значениям этих параметров и что конкретно вы получаете с точки зрения производительности при использовании того или иного оборудования? Об этом мы расскажем далее.

2022-03-30 2022-06-17 Marvel market Ядра и потоки серверного процессора

Откуда пошли многоядерные процессоры

  • в первом процессоре компании Intel их было 2300, размер каждого — 10 мкм;
  • Intel 80286, на котором был построен компьютер IBM PC/AT, содержал 134 000 транзисторов с длиной затвора 1,5 мкм;
  • в последний одноядерный серверный процессор Intel Xeon было вмонтировано уже 178 миллионов транзисторов, каждый из которых был в тысячу раз тоньше человеческого волоса (90-нм техпроцесс).

В 2005 году предел разрешающей способности оборудования, на котором изготавливали процессоры, был практически достигнут. Кроме того, при такой степени интеграции появились серьезные проблемы с отводом тепла. Уткнувшись в свой потолок, технология была вынуждена пойти по иному пути, и вот тогда заговорили о ядрах.

Что такое процессорные ядра

Следующий очевидный шаг — поставить на одну материнскую плату несколько процессоров и распределить нагрузку между ними. Такая реализация — распространенная вещь, особенно для серверных платформ, но она имеет свои недостатки: исполнительные устройства находятся далеко друг от друга, необходимо организовывать их совместную работу и доступ к памяти. Это требует наличия высокопроизводительных шин данных и негативно сказывается на габаритах, стоимости и энергопотреблении сервера.

Значит, схемы, которые исполняют разные части программы, нужно располагать как можно ближе друг к другу. Совсем хорошо, если они будут находиться в пределах одного чипа. Так появились процессоры с несколькими ядрами — вычислительными блоками, работающими независимо друг от друга. По сути, каждое ядро — это бывший отдельный процессор, способный выполнять свою последовательность инструкций.

На что влияет количество ядер процессора

От того, сколько ядер имеется в процессоре, напрямую зависит его производительность. Для сервера это особенно важно, потому что он должен одновременно обрабатывать множество запросов от рабочих станций и периферийного оборудования. Современные операционные системы и клиентские приложения оптимально распределяют потоки команд на все доступные ядра процессора. То есть сервер работает во столько раз быстрее (по сравнению с одноядерным), сколько ядер есть у его процессора.

Что такое потоки в процессоре

Если представить себе процессорное ядро в виде конвейера, на который постоянно выкладываются инструкции для вычислений, можно понять, что максимальное быстродействие будет достигнуто в том случае, когда на каждом такте этому ядру есть, что делать, то есть в его регистрах присутствует вся необходимая ему информация.

На практике так бывает далеко не всегда. Физические ядра процессора могут простаивать, причем по разным причинам. Например, если во встроенном кеше не оказалось нужных данных (кеш-промах), и необходимо ждать, пока они поступят из внешней среды:

  • из кеша третьего уровня. Он значительно медленнее, чем L1 и L2. Задержка может составлять 40–60 тактов CPU;
  • из оперативной памяти. Она еще медленнее, поэтому число тактов простоя может измеряться сотнями;
  • с жесткого диска. Время ожидания в этом случае — целая вечность (по меркам процессора). К счастью, подобная ситуация встречается довольно редко.

Чтобы избежать нерационального использования ресурсов, производители усовершенствовали архитектуру ядра, добавив дополнительный контроллер и набор регистров для создания второго канала обработки данных. Пока основной процесс простаивает, в этот канал из очереди поступает другая задача, которой временно отдается вся доступная вычислительная мощность.

Эти каналы (основной и дополнительный) и называются потоками. У каждого ядра их два, поэтому в большинстве современных моделей Intel и AMD число потоков вдвое превышает количество ядер процессора.

P15974-B21.png

Разница между ядрами и потоками процессора

Для того, чтобы окончательно разобраться, чем отличаются ядра от потоков, важно запомнить, что каждое ядро — это физически обособленная единица производительности серверного процессора.

Напротив, потоки — это логические каналы, которые выделяются программно для того, чтобы обеспечить параллельное выполнение нескольких задач на одном ядре. Пропускная способность ядра от наличия второго потока не увеличивается. Если у процессора, например, 8 ядер и 16 потоков, то одновременно и по-настоящему независимо он может обслуживать только 8 разных процессов. Дополнительные 8 виртуальных каналов служат лишь для оптимизации работы восьми основных.

Что важнее для производительности сервера: ядра или потоки

Все, конечно, зависит от конкретной реализации, но в общем случае важнее мультиядерность. То есть 8-ядерный процессор без Hyper-Threading будет работать быстрее, чем 4-ядерный с дополнительными потоками. Особенно большое значение количество ядер имеет в высоконагруженных проектах:

  • терминальный сервер. На рабочих местах стоят простые устройства удаленного доступа, а управление и все вычисления делегированы серверу;
  • виртуализация. На одном сервере работает несколько виртуальных машин, имитирующих разные программные среды;
  • обработка больших объемов данных. Сервер обслуживает локальную сеть компании, которая занимается 3D-моделированием, рендерингом, созданием IT-приложений с монолитной архитектурой и т. д.

Итого, как уже говорилось выше, чем больше ядер, тем быстрее работает процессор. Больше того, если на какое-то ядро поступает задача, требующая повышенной вычислительной мощности, его тактовая частота временно увеличивается (конечно, в рамках допустимого нагрева) за счет снижения скорости выполнения операций другими ядрами. Эта технология называется Turbo Boost (у Intel) или Precision Boost (у AMD).

Что касается потоков, то они будут играть важную роль, если на сервере выполняется много фоновых процессов. Это может быть архивация файлов, работа с офисными приложениями, ресурсоемкий корпоративный чат и т. д. Поддержка Hyper-Threading поможет также, когда по сети производится обработка медиафайлов (например, тот же рендеринг), так как в соответствующие клиент-серверные приложения уже встроены эффективные алгоритмы распараллеливания нагрузки. По данным компании Intel, многопоточность, реализованная в рамках технологии Hyper-Threading, позволяет получить до 30% прироста производительности, что при высокой нагрузке весьма неплохо.

Стоит отметить, что чаще всего многопоточность вы получаете бонусом, поскольку она есть в большинстве современных серверных процессоров по умолчанию. Поэтому основное внимание надо уделить тому, сколько ядер в процессоре. Слишком много (сейчас у AMD доступны процессоры с 64 ядрами, на подходе решения на 96) их тоже не нужно, это лишняя трата денег в том случае, если объем выполняемых задач будет не способен загрузить ядра на 100%. Выбор конфигурации в данном случае должен зависеть от ожидаемого объема вычислений.

Если вам требуется профессиональная консультация о том, как правильно сконфигурировать сервер, обращайтесь к менеджерам интернет-магазина «Маркет.Марвел». Мы поможем подобрать оптимальное оборудование для решения любых ваших бизнес-задач.

Чем отличаются процессорные ядра, логические процессоры и потоки

При поиске процессора нужно учитывать многое. Ядра, потоки, тактовые частоты, кэш-память, потенциал разгона, рабочие температуры, TDP, IPC… список можно продолжать и продолжать.

Вполне естественно, что все эти спецификации могут сбивать с толку, когда речь заходит об их назначении.

В этой статье мы рассмотрим один из наиболее важных аспектов, связанных с производительностью процессора: его физические ядра, потоки и результирующие логические процессоры.

Что делает каждый из этих компонентов уникальным? Для чего они используются? Сколько вам нужно для ваших рабочих нагрузок?

И самое главное: работают ли потоки или логические процессоры так же, как ядра?

Что ж, прежде чем мы начнём, давайте подробнее рассмотрим, что они означают:

Что такое ядра центрального процессора

Ядро ЦП – это, собственно, и есть физическая форма процессора.

Хотя раньше процессоры работали только с одним ядром, современные процессоры преимущественно многоядерные. Это означает, что они имеют, по крайней мере, два или более ядра, установленных на кристалле интегральной схемы (или нескольких чипсетах), и поэтому могут обрабатывать две или более задач одновременно.

Обратите внимание, что каждое ядро может одновременно выполнять только одну задачу.

Как работают ядра центрального процессора

Если ядер ЦП недостаточно для количества обрабатываемых задач, происходит снижение производительности.

Это называется накладными расходами на переключение контекста. Чтобы ядро могло обрабатывать разные задачи, одну задачу нужно удалить, а следующую загрузить. Говоря иначе, Context Switch Overhead – это когда ЦП тратит много времени на переключение между задачами, а не на их обработку.

Это станет важным, когда мы посмотрим на потоки чуть ниже.

Что такое тактовая частота ядра?

Тактовая частота ядра является мерой его скорости обработки задач, которая не обязательно является мерой его общей производительности.

Если быть более точным, термин «тактовая частота» относится к количеству циклов вычислений, которые ядро выполняет в секунду. Этот показатель в настоящее время измеряется в гигагерцах: миллиарды циклов в секунду.

Причина, по которой тактовые частоты не являются единственным определяющим фактором производительности ЦП, заключается в том, что внутренняя архитектура – синергия между несколькими ядрами – и размер внутренних кэшей имеют первостепенное значение для обеспечения его общей производительности.

Один ЦП может обрабатывать больше за цикл, чем другой ЦП, просто из-за своей архитектуры.

Что такое базовая и повышенная тактовая частота?

Базовая тактовая частота ЦП – это минимальная частота, с которой ЦП будет работать в режиме ожидания или при обработке низкоуровневых рабочих нагрузок.

Напротив, тактовая частота Boost – это показатель того, насколько производительность ЦП может быть повышена при выполнении более ресурсоемких задач и процессов.

Тактовые частоты Boost применяются автоматически и ограничиваются результирующим теплом, которое может выдержать ЦП, прежде чем он достигнет небезопасного уровня операций (среди прочих факторов).

Функция процессоров Intel – Turbo Boost

Ядра могут быть разогнаны с доступным запасом температуры и мощности. Когда это происходит, функция повышения тактовой частоты автоматически отключается или дросселируется.

Эта статья подробно рассматривает эту тему, если вы хотите узнать больше.

Лучше иметь больше ядер или меньше, более мощных ядер?

Ответ на этот вопрос зависит исключительно от типа рабочих нагрузок, с которыми будет работать ваш компьютер.

Если вы один из наших постоянных читателей, вы, скорее всего, знакомы с терминами «активные» и «пассивные» рабочие нагрузки.

Активная и пассивная работа для центрального процессора компьютера

Активные рабочие нагрузки относятся к любому процессу, который требует, чтобы пользователь вручную манипулировал данными или корректировал их в режиме реального времени для выполнения задачи.

Типичные примеры активных рабочих нагрузок включают взаимодействие с областью просмотра приложения в режиме реального времени в моушн-дизайне, 3D-моделировании, редактировании видео или играх.

С другой стороны, пассивные рабочие нагрузки – это задачи, которые обычно легко распараллеливаются и которые можно оставить без присмотра. В основном это относится к задачам рендеринга, таким как рендеринг CPU или GPU, рендеринг 3D, рендеринг видео.

Активные рабочие нагрузки

Активные рабочие нагрузки в большей степени зависят от высокой одноядерной производительности и повышенных тактовых частот. Следовательно, такие рабочие нагрузки потребуют меньшего количества, но более мощных ядер для более плавной работы в целом.

Пассивные рабочие нагрузки

Пассивные рабочие нагрузки выигрывают от большого количества ядер и более высоких базовых тактовых частот. Этим процессам потребуются процессоры с большим количеством ядер, такие как серия AMD Threadripper .

Что такое потоки процессора

Ещё одним аспектом, от которого выигрывают пассивные рабочие нагрузки, является большое количество потоков и возможности гиперпоточности.

Но, что это за «потоки»?

Поток в процессоре – это набор данных, который отправляется из приложения в ЦП для обработки.

Потоки не являются физическими компонентами ЦП, а скорее индикатором количества процессов, которые могут обрабатываться ядрами.

Помните про накладные расходы на переключение контекста, о которых мы говорили ранее в разделе «Ядра»?

Поскольку большая часть производительности ядра тратится на переключение между задачами, многопоточность создаёт несколько виртуальных ядер из каждого физического ядра (обычно два потока на ядро).

Это позволяет оптимизировать постановку задач в очередь и гораздо эффективнее использовать реальное ядро.

Возможность обработки нескольких потоков позволяет вашему процессору беспрепятственно переключаться между рабочими нагрузками и задачами.

Что такое гиперпоточность?

Гиперпоточность в процессорах Intel и SMT (одновременная многопоточность) в процессорах AMD – это названия процесса разделения физических ядер на виртуальные, что позволяет одному ядру более эффективно обрабатывать несколько потоков.

Как работает гиперпоточность в современных процессорах

По сути, это способ планирования потоков, которые будут выполняться ядром без простоев. Это достигается путём подготовки потока к обработке во время выполнения другого потока.

На самом деле, Hyperthreading и SMT – это не одновременная обработка двух потоков одним физическим ядром, а эффективный способ подготовки двух потоков к оптимизированной обработке – по одному за раз.

Все ли процессоры поддерживают Hyperthreading или SMT?

Большинство процессоров имеют поддержку Hyperthreading или SMT и способны запускать два потока на ядро.

Однако есть некоторые процессоры, такие как процессоры Intel Celeron или AMD Ryzen 3 более низкого уровня, которые не поддерживают Hyperthreading или SMT и, следовательно, будут иметь только один поток, работающий на ядро.

Intel специально отключает поддержку Hyperthreading на некоторых процессорах более высокого уровня, в основном по причинам сегментации рынка, поэтому обязательно ознакомьтесь с описанием продукта для ядер и потоков, прежде чем покупать процессоры ещё более высокого уровня.

Являются ли потоки такими же быстрыми, как ядра?

Потоки не так быстры, как ядра.

Hyperthreading или SMT позволяет планировать задачи более эффективно, то есть они могут использовать части ядра, которые в настоящее время не обрабатывают задачу активно.

В лучшем случае потоки обеспечивают примерно на 50% большую производительность по сравнению с физическим ядром.

Вам нужен ЦП с поддержкой Hyperthreading или SMT?

Это зависит от вашей загруженности.

Поскольку задача всегда предпочтёт выполняться на свободном ядре, а не на свободном потоке (поскольку ядра быстрее, чем потоки), в зависимости от ваших типичных рабочих нагрузок вы можете вообще не использовать потоки ЦП.

Если вы выполняете активные рабочие нагрузки, такие как 3D-моделирование или игры, в течение обычного дня, скорее всего, вы не будете использовать все свои ядра, поскольку такие рабочие нагрузки не могут быть легко распараллелены и обычно выполняются только на одном или двух ядрах.

Тем не менее, для рабочих нагрузок, таких как рендеринг на ЦП, которые используют 100% ваших ядер, и легко используют все доступные потоки, наличие ЦП с поддержкой Hyperthreading или SMT может существенно повлиять на производительность.

Что такое логические процессоры

Теперь, когда мы рассмотрели, что такое ядра и потоки, определение логических процессоров стало гораздо более простой задачей.

Что такое логические процессоры

Логические процессоры – это виртуализированные процессоры, к которым система может обращаться и получать к ним доступ. Логические процессоры – это просто мера того, сколько ядер операционная система видит и может адресовать.

Таким образом, это произведение (умножение) количества физических ядер на количество потоков, которые может обрабатывать каждое ядро.

Допустим, у вас есть 8-ядерный 8-поточный процессор. Количество логических процессоров у вас будет 8. Это значение является произведением количества физических ядер (8) и количества потоков, которые они могут обрабатывать (1).

Но что, если ваш процессор поддерживает гиперпоточность?

Что ж, тогда каждое ядро может обрабатывать два потока, поэтому 8-ядерный процессор будет иметь 8×2 = 16 логических процессоров.

Как узнать, сколько логических процессоров у вашего процессора?

Если вы хотите узнать, сколько логических процессоров имеет ваш ЦП, просто откройте диспетчер задач в ОС Windows (нажмите одновременно клавиши Ctrl + Shift + Esc ) и откройте вкладку Производительность, затем выделите вкладку ЦП и посмотрите на нижнюю правую часть окна.

Прямо под количеством ядер ЦП будет количество логических процессоров.

Логические процессоры и ядра в диспетчере задач Windows

Логические процессоры против физических ядер

Что ценнее? Логические процессоры или физические ядра?

Это простой ответ: физические ядра.

Помните, что при многопоточности вы не обрабатываете два потока одновременно, вы просто планируете потоки так, чтобы одно физическое ядро могло обрабатывать их максимально эффективно.

Логические процессоры (или потоки) в лучшем случае обеспечат повышение производительности на 50% в рабочих нагрузках, которые хорошо распараллелены, таких как рендеринг ЦП.

Физические ядра продемонстрируют 100% прирост производительности в таких рабочих нагрузках.

В однопоточных рабочих нагрузках вы, скорее всего, вообще не увидите увеличения производительности при переключении с ЦП без поддержки потоков на ЦП с поддержкой потоков (при прочих равных условиях).

Выводы

Логические процессоры – это количество потоков ЦП, которые операционная система видит и может адресовать.

Поскольку ваш ПК всегда будет сначала планировать задачи на физических ядрах, прежде чем переходить к использованию потоков, наличие ЦП с Hyperthreading или SMT принесёт вам наибольшую пользу, если вы сможете использовать все ядра ЦП в рабочих нагрузках, таких как рендеринг на ЦП.

Вот упрощение: ваше ядро ЦП – это рот, а две руки – это потоки ядра. Задача, которая должна быть обработана: еда.

Если вы берёте еду в одну руку и кладете её в рот, затем пережевываете и глотаете, и только после того, как вы закончите это делать, вы протягиваете руку, чтобы взять ещё немного еды, рот «праздно ожидает», когда поступит ещё порция.

Это пустая трата времени обработки.

Двумя руками (двумя потоками) вторая рука уже может класть еду в рот для обработки, а первая рука искать следующую порцию.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *