Com funciona Hyper Threading als processadors Intel Core i7?

Heu sentit el terme Hyper-Threading moltes vegades. Se suposa que és una tecnologia màgica que duplica la velocitat del processador un cop estigui activat. Les empreses poden activar-la o desactivar-la i cobrar-ne molt més com una prima.

M’agradaria dir que tot això és una tonteria completa i que aquest article té com a objectiu educar-lo per entendre millor què és Hyper-Threading. Aquest article serà molt amable per a principiants.

Prefaci

Antigament, si Intel o AMD haguessin de fer una CPU més ràpida, generalment augmentarien el nombre potencial de transistors reduint-los i ajustant-se més al mateix espai i intentant augmentar les seves freqüències (mesurades en MHz / GHz). Totes les CPU només tenien un nucli únic. Les CPU es convertien en 32 bits i podien gestionar memòria RAM de fins a 4 GB. Més tard, es van traslladar a CPU de 64 bits que podrien gestionar salts i límits de RAM més que només 4 GB. Després, es va decidir utilitzar diversos nuclis i repartir les càrregues de treball entre aquests múltiples nuclis per a una computació més eficient. Tots els nuclis es comuniquen entre ells per distribuir qualsevol tasca. Es diu que aquesta tasca és una tasca de diversos fils.

Parts d'una CPU

Una CPU consta de les següents parts que funcionen en harmonia. Com s'ha esmentat anteriorment, això suposarà una simplificació excessiva. Això és simplement un curs ràpid i, no prengueu aquesta informació com la paraula de l’Evangeli. Aquestes parts no apareixen en cap ordre en particular:

• Planificador (realment a nivell de SO)
• Fetcher
• Descodificador
• Nucli
• Fil
• Memòria cau
• Memòria i controlador d'E / S
• FPU (Unitat de coma flotant)
• Registres

Les funcions d’aquestes parts són les següents

La memòria i el controlador d'E / S gestionen l'entrada i la sortida de les dades cap a i des de la CPU. Les dades s’introdueixen des del disc dur o SSD a la memòria RAM, i les dades més importants s’incorporen a la memòria cau de la CPU. La memòria cau té 3 nivells. Per exemple. el Core i7 7700K té memòria cau L3 de 8 MB. Aquesta memòria cau és compartida per tota la CPU a 2 MB per nucli. Les dades d’aquí les recull la memòria cau L2 més ràpida. Tots els nuclis tenen la seva pròpia memòria cau L2, que és d’1 MB en total i 256 KB per nucli. Com el cas del Core i7, té Hyper-Threading. Cada nucli té 2 fils, de manera que aquesta memòria cau L2 és compartida per tots dos fils. La memòria cau L1 en total és de 256 KB a 32 KB per fil. Aquí les dades entren als registres, que són un total de 8 registres en mode de 32 bits i 16 registres en mode de 64 bits. El sistema operatiu (sistema operatiu) programa processos o instruccions al fil disponible. Com que hi ha 8 fils en un i7, canviarà cap a i des de fils dins dels nuclis. Els sistemes operatius com Windows o Linux són prou intel·ligents per saber què són els nuclis físics i què són els nuclis lògics.

Com funciona Hyper Threading?

En una CPU tradicional de múltiples nuclis, cada nucli físic té els seus propis recursos i cada nucli consisteix en un únic fil que té accés independent a tots els recursos. Hyper-Threading consisteix en 2 (o en casos excepcionals més) fils que comparteixen els mateixos recursos. El planificador pot canviar tasques i processos entre aquests fils.

En una CPU multi-core tradicional, el nucli pot 'aparcar' o mantenir-se inactiu si no té assignades cap dada ni cap procés. Aquest estat s’anomena inanició i es resol saludablement mitjançant SMT o Hyper-Threading.

Nuclis físics vs lògics (i què són els fils)

Si llegiu el full d’especificacions de gairebé tots els Core i5, notareu que té 4 nuclis físics i 4 nuclis lògics o 4 fils (els Coffee Lake i5 tenen 6 nuclis i 6 fils). Tots els i7 fins a 7700K són de 4 nuclis i 8 nuclis de fil / lògics. En el context de l’arquitectura de les CPU d’Intel, els fils i els nuclis lògics són el mateix. No han canviat el disseny de la seva arquitectura des de la primera generació de Nehalem fins avui amb Coffee Lake, de manera que aquesta informació es mantindrà. Aquesta informació no serà suficient per a les CPU AMD més antigues, però Ryzen també ha canviat molt el seu disseny i els seus processadors ara són similars pel que fa al disseny d’Intel.

Avantatges de la rosca hiper

• Hyper-Threading resol el problema de la 'fam'. Si un nucli o un fil està lliure, el planificador pot passar-li les dades en lloc que el nucli quedi inactiu o esperi que hi flueixin altres dades noves.
• Es poden fer càrregues de treball molt més grans i paral·leles amb una major eficiència. Com que hi ha més fils per paral·lelitzar, les aplicacions que depenen en gran mesura de diversos fils poden augmentar el seu treball de manera significativa (però no el doble de ràpid).
• Si esteu jugant i teniu algun tipus de tasca important en segon pla, la CPU no lluitarà per proporcionar fotogrames adequats i executarà aquesta tasca sense problemes, ja que pot canviar recursos entre fils.

Inconvenients de la rosca hiper

Els següents no són gaire desavantatges, sinó que són més inconvenients.

• Hyper-Threading necessita implementació des del nivell de programari per aprofitar-ho. Tot i que cada vegada es desenvolupen més aplicacions per aprofitar múltiples fils, les aplicacions que no aprofiten cap tecnologia SMT (simultània de múltiples fils) o fins i tot múltiples nuclis físics funcionaran exactament igual, independentment. El rendiment d’aquestes aplicacions depèn més de la velocitat del rellotge i de l’IPC d’una CPU.
• La hiperfila pot provocar que la CPU generi més calor. Per això, els i5 solien rellotjar molt més que els i7, ja que no escalfarien tant com tenen menys fils.
• Diversos fils compartixen els mateixos recursos dins d’un nucli. Per això, el rendiment no es duplica. En canvi, és un mètode molt intel·ligent per maximitzar l’eficiència i augmentar el rendiment sempre que sigui possible.

Conclusió

Hyper-Threading és una tecnologia antiga, però aquí només queda. A mesura que les aplicacions són cada vegada més exigents i l’augment de la taxa de mortalitat de la llei de Moore, la capacitat de paral·lelitzar les càrregues de treball ha ajudat a millorar significativament el rendiment. Poder executar càrregues de treball parcialment paral·leles ajuda a augmentar la vostra productivitat i a fer la feina més ràpidament sense tartamudejar. I si voleu comprar la millor placa base per al vostre processador i7 de setena generació, doneu-hi una ullada això article.

Última actualització el 05-01-2021 a les 22:02 / Enllaços d'afiliació / Imatges de l'API d'Amazon Product Advertising