Как влияет частота процессора на производительность. Выбор процессора - на какие параметры обратить внимание

Во времена, когда мобильные телефоны были толстые и черно-белые, процессоры – одноядерные, а гигагерц казался непреодолимой планкой (лет 20 назад), единственной характеристикой для сравнения мощностей ЦП была тактовая частота. Десятилетие спустя второй важной характеристикой стало количество ядер. В наше время смартфон, толщиной менее сантиметра, содержит ядер больше, да и тактовую частоту имеет выше, чем простой ПК тех лет. Попробуем разобраться, на что влияет тактовая частота процессора.

Частота процессора влияет на скорость, с которой транзисторы процессора (и их внутри чипа сотни миллионов) производят переключение. Измеряется она в количестве переключений за секунду и выражается в миллионах или миллиардах герц (мегагерц или гигагерц). Один герц – это одно переключение транзисторов процессора в секунду, следовательно, один гигагерц – один миллиард таких переключений за то же время. За одно переключение, если говорить упрощенно, ядро делает одну математическую операцию.

Следуя обычной логике можно прийти к выводу, что чем больше частота – тем быстрее переключаются транзисторы в ядрах, тем скорее решаются задачи. Именно поэтому в прошлом, когда основная масса процессоров была по сути усовершенствованным Intel x86, архитектурные отличия были минимальны, и было ясно, что чем больше частота тактов – тем быстрее идут вычисления. Но со временем все изменилось.

Можно ли сравнивать частоты разных процессоров

В 21 веке разработчики научили свои процессоры обрабатывать за такт не одну инструкцию, а больше. Поэтому процессоры с одинаковой частотой тактов, но основанные на разных архитектурах, выдают разный уровень быстродействия. Intel Core i5 2 ГГц и Qualcomm Snapdragon 625 2 ГГц – это разные вещи. Хоть у второго ядер больше, но в тяжелых задачах он будет слабее. Поэтому саму частоту разных типов ядер сравнивать нельзя, важно учитывать еще и удельную производительность (количество выполнений инструкций за такт).

Если проводить аналогию с машинами, то тактовая частота – это скорость в км/ч, а удельная производительность – грузоподъемность в кг. Если рядом будут ехать легковушка (процессор ARM для смартфона) и самосвал (чип x86 для ПК) – то при равной скорости легковушка за раз перевезет пару сотен кило, а грузовик – несколько тонн. Если же говорить о разных типах ядер именно для смартфонов (Cortex A53, Cortex A72, Qualcomm Kryo) – то это все легковушки, но с разной вместительностью. Соответственно, тут разница уже будет не так огромна, но тоже значительная.

Сравнивать можно только тактовые частоты ядер на одинаковой архитектуре. Например, MediaTek MT6750 и Qualcomm Sanapdragon 625 содержат по 8 ядер Cortex A53. Но у МТК их частота – до 1,5 ГГц, а у Куалкомм – 2 ГГц. Следовательно, второй процессор будет работать примерно на 33% быстрее. А вот Qualcomm Snapdragon 652 хоть и имеет частоту до 1,8 ГГц, но работает быстрее модели 625, так как в нем используются более мощные ядра Cortex A72.

Что дает высокая частота процессора в смартфоне

Как мы уже выяснили, чем выше тактовая частота – тем быстрее работает процессор. Следовательно, и производительность смартфона с более высокочастотным чипсетом будет выше. Если один процессор смартфона содержит 4 ядра Kryo на 2 ГГц, а второй – 4 такие же ядра Kryo на 3 ГГц, то второй будет примерно в 1,5 раза быстрее. Это ускорит запуск приложений, сократит время включения, позволит резвее обрабатывать тяжелые сайты в браузере и т.д.

Однако, выбирая смартфон с высокими частотами процессора, следует также помнить, что чем они выше – тем больше и потребление энергии. Поэтому если производитель накрутил побольше гигагерц, но не оптимизировал устройство должным образом – оно может перегреваться и входить в «троттлинг» (принудительный сброс частот). Таким недостатком в свое время страдал, например, Qualcomm Snapdragon 810.

Также вам понравятся:

Все что нужно знать об архитектуре big.LITTLE и как она работает в смартфонах
Что такое архитектура процессора, какая бывает и используется в смартфонах

* всегда актуальные вопросы, на что стоит обращать внимание при выборе процессора, чтобы не ошибиться.

Наша цель в данной статье — описать все факторы влияющие на производительность процессора и другие эксплуатационные характеристики.

Наверняка ни для кого не секрет, что процессор – является главной вычислительной единицей компьютера. Можно даже сказать – самая главная часть компьютера.

Именно он занимается обработкой практически всех процессов и задач, которые происходят в компьютере.

Будь то — просмотр видео, музыка, интернет сёрфинг, запись и чтение в памяти, обработка 3D и видео, игр. И многого другого.

Поэтому к выбору Ц ентрального П роцессора, стоит отнестись очень тщательно. Может получиться ситуация, что вы решили поставить мощную видеокарту и не соответствующий её уровню процессор. В этом случае процессор, не будет раскрывать потенциал видеокарты, что будет тормозить её работу. Процессор будет полностью загружен и буквально кипеть, а видеокарта будет ожидать своей очереди, работая на 60-70% от своих возможностей.

Именно поэтому, при выборе сбалансированного компьютера, не стоит пренебрегать процессором в пользу мощной видеокарты. Мощности процессора должно быть достаточно для раскрытия потенциала видеокарты, иначе это просто выброшенные деньги.

Intel vs. AMD

*догонялки навсегда

Корпорация Intel , располагает огромными человеческими ресурсами, и почти неисчерпаемыми финансами. Многие инновации в полупроводниковой индустрии и новые технологии идут именно из этой компании. Процессоры и разработки Intel , в среднем на 1-1,5 года опережают наработки инженеров AMD . Но как известно, за возможность обладать самыми современными технологиями – приходится платить.

Ценовая политика процессоров Intel , основывается как на количестве ядер , количестве кэша , но и на «свежести» архитектуры , производительности на такт ватт , техпроцесса чипа . Значение кэш-памяти, «тонкости техпроцесса» и другие важные характеристики процессора рассмотрим ниже. За обладание такими технологии как и свободного множителя частоты, тоже придётся выложить дополнительную сумму.

Компания AMD , в отличии от компании Intel , стремится к доступности своих процессоров для конечного потребителя и к грамотной ценовой политике.

Можно даже сказать, что AMD – «Народная марка ». В её ценниках вы найдёте то, что вам нужно по очень привлекательной цене. Обычно через год, после появления новой технологии у компании Intel , появляется аналог технологии от AMD . Если вы не гонитесь за самой высокой производительностью и больше обращаете внимание на ценник, чем на наличие передовых технологий, то продукция компании AMD – именно для вас.

Ценовая политика AMD , больше основывается на количестве ядер и совсем немного — на количестве кэш памяти, наличии архитектурных улучшений. В некоторых случаях, за возможность обладать кэш памятью третьего уровня, придётся немного доплатить (Phenom имеет кэш память 3 уровня, Athlon довольствуется только ограниченной, 2 уровня). Но иногда AMD «балует» своих фанатов возможность разблокировать более дешёвые процессоры, до более дорогих. Разблокировать можно ядра или кэш-память. Улучшить Athlon до Phenom . Такое возможно благодаря модульной архитектуре и при недостатке некоторых более дешёвых моделей, AMD просто отключает некоторые блоки на кристалле более дорогих (программно).

Ядра – остаются практически неизменными, отличается только их количество (справедливо для процессоров 2006-2011 годов). За счёт модульности своих процессоров, компания отлично справляется со сбытом отбракованных чипов, которые при отключении некоторых блоков, становятся процессором из менее производительной линейки.

Компания много лет работала над совершенно новой архитектурой под кодовым именем Bulldozer , но на момент выхода в 2011 году, новые процессоры показали не самую лучшую производительность. AMD грешила на операционные системы, что они не понимают архитектурных особенностей сдвоенных ядер и «другой многопоточности».

Со слов представителей компании, следует ждать особых исправлений и заплаток, чтобы ощутить всю производительность данных процессоров. Однако в начале 2012 года, представители компании отложили выход обновления для поддержки архитектуры Bulldozer на вторую половину года.

Частота процессора, количество ядер, многопоточность.

Во времена Pentium 4 и до него – частота процессора , была главным фактором производительности процессора при выборе процессора.

Это не удивительно, ведь архитектуры процессоров — специально разрабатывались для достижения высокой частоты, особенно сильно это отразилось как раз в процессоре Pentium 4 на архитектуре NetBurst . Высокая частота, была не эффективна при том длинном конвейере, что был использован в архитектуре. Даже Athlon XP частотой 2Ггц , по уровню производительности был выше чем Pentium 4 c 2,4Ггц . Так что, это был чистой воды маркетинг. После этой ошибки, компания Intel осознала свои ошибки и вернулась на сторону добра начала работать не над частотной составляющей, а над производительностью на такт. От архитектуры NetBurst пришлось отказаться.

Что же нам даёт многоядерность ?

Четырёх-ядерный процессор с частотой 2,4 Ггц , в много-поточных приложениях, теоретически будет примерным эквивалентом, одноядерного процессора с частотой 9,6Ггц или 2-х ядерному процессору с частотой 4,8 Ггц . Но это только теоретически . Практически же, два двухъядерных процессора в двух сокетной материнской плате, будут быстрее одного 4-ядерного, на той же частоте функционирования. Ограничения по скорости шины и задержки памяти дают о себе знать.

* при условии одинаковых архитектур и количества кэш памяти

Многоядерность, даёт возможность выполнять инструкции и вычисления по частям. К примеру нужно выполнить три арифметических действия. Первые два выполняются на каждом из ядер процессора и результаты складываются в кэш-память, где с ними может быть выполнено следующее действие любым из свободных ядер. Система очень гибкая, но без должной оптимизации может и не работать. Потому очень важна оптимизация под многоядерность для архитектуры процессоров в среде ОС.

Приложения, которые «любят» и используют многопоточность: архиваторы , плееры и кодировщики видео , антивирусы , программы дефрагментаторы , графические редакторы , браузеры , Flash .

Так же, к «любителям» многопоточности, можно отнести такие операционные системы как Windows 7 и Windows Vista , а так же многие ОС , основанные на ядре Linux , которые работают заметно быстрее при наличии многоядерного процессора.

Большинству игр , бывает вполне достаточно 2-х ядерного процессора на высокой частоте. Сейчас однако, выходит всё больше игр «заточенных» под многопоточность. Взять хотя бы такие SandBox игры, как GTA 4 или Prototype , в которые на 2-х ядерном процессоре с частотой ниже 2,6 Ггц – комфортно себя не чувствуешь, фреймрейт проваливается ниже 30 кадров в секунду. Хотя в данном случае, скорее всего причиной таких казусов является «слабая» оптимизация игр, недостаток времени или «не прямые» руки тех, кто переносил игры с консолей на PC .

При покупке нового процессора для игр, сейчас стоит обращать внимание на процессоры с 4-мя и более ядрами. Но всё же, не стоит пренебрегать 2-х ядерными процессорами из «верхней категории». В некоторых играх, данные процессоры чувствуют себя порой лучше, чем некоторые многоядерные.

Кэш память процессора.

– это выделенная область кристалла процессора, в которой обрабатываются и хранятся промежуточные данные между процессорными ядрами, оперативной памятью и другими шинами.

Она работает на очень высокой тактовой частоте (обычно на частоте самого процессора), имеет очень высокую пропускную способность и процессорные ядра работают с ней напрямую (L1 ).

Из-за её нехватки , процессор может простаивать в трудоёмких задачах, ожидая пока в кэш поступят новые данные для обработки. Так же кэш-память служит для записи часто повторяющихся данных, которые при необходимости могут быть быстро восстановлены без лишних вычислений, не заставляя процессор тратить время на них снова.

Производительности, так же добавляет факт, если кэш память объединённая, и все ядра равноправно могут использовать данные из неё. Это даёт дополнительные возможности для многопоточной оптимизации.

Такой приём, сейчас используется для кэш памяти 3-го уровня . У процессоров Intel существовали процессоры с объединённой кэш памятью 2-го уровня (C2D E 7*** , E 8*** ), благодаря которым и появился данный способ увеличить многопоточную производительность.

При разгоне процессора, кэш память может стать слабым местом, не давая разогнать процессор больше, чем её предельная частота функционирования без ошибок. Однако плюсом является то, что она будет работать на той же частоте, что и разогнанный процессор.

В общем, чем больше кэш памяти, тем быстрее процессор. В каких именно приложениях?

Во всех приложениях, где используется множество числовых данных с плавающей запятой, инструкций и потоков, кэш память активно используется. Кэш память очень любят архиваторы , кодировщики видео , антивирусы и графические редакторы и т.д.

Благоприятно к большому количеству кэш-памяти относятся игры . Особенно стратегии, авто-симуляторы, RPG, SandBox и все игры, где есть много мелких деталей, частиц, элементов геометрии, потоков информации и физических эффектов.

Кэш память играет очень немалую роль в раскрытии потенциала систем с 2-мя и более видеокартами. Ведь какая то доля нагрузки, ложится на взаимодействие ядер процессора как между собой, так и для работы с потоками нескольких видео-чипов. Именно в этом случае важна организация кэш — памяти, и очень полезна кэш память 3-го уровня большого объёма.

Кэш память, всегда оснащается защитой от возможных ошибок (ECC ), при обнаружении которых, ведётся их исправление. Это очень важно, ведь маленькая ошибочка в кэш памяти, при обработке может превратиться в гигантскую, сплошную ошибку, от которой «ляжет» вся система.

Фирменные технологии.

(гипер-поточность, HT )–

впервые технология была применена в процессорах Pentium 4 , но работала не всегда корректно и зачастую больше тормозила процессор, чем ускоряла. Причиной был слишком длинный конвейер и не доведённая до ума система предсказания ветвлений. Применяется компанией Intel , аналогов технологии пока нет, если не считать аналогом то? что реализовали инженеры компании AMD в архитектуре Bulldozer .

Принцип системы таков, что на каждое физическое ядро, создаётся по два вычислительных потока , вместо одного. То есть, если у вас 4-х ядерный процессор с HT (Core i 7 ), то виртуальных потоков у вас 8 .

Прирост производительности достигается за счёт того, что в конвейер могут поступать данные уже в его середине, а не обязательно сначала. Если какие то блоки процессора, способные выполнить это действие простаивают, они получают задачу к выполнению. Прирост производительности не такой как у настоящих физических ядер, но сопоставимый(~50-75%, в зависимости от рода приложения). Довольно редко бывает, что в некоторых приложениях, HT отрицательно влияет на производительность. Связано это с плохой оптимизацией приложений под данную технологию, невозможность понять, что присутствуют потоки «виртуальные» и отсутствие ограничителей для нагрузки потоков равномерно.

Turbo Boost – очень полезная технология, которая увеличивает частоту функционирования наиболее используемых ядер процессора, в зависимости от уровня их загруженности. Очень полезна тогда, когда приложение не умеет использовать все 4 ядра, и загружает только одно или два, при этом их частота работы повышается, что частично компенсирует производительность. Аналогом данной технологии у компании AMD , является технология Turbo Core .

, 3 dnow ! инструкции . Предназначены для ускорения работы процессора в мультимедиа вычислениях (видео, музыка, 2D/3D графика и т.д.), а так же ускоряют работу таких программ как архиваторы, программы для работы с изображениями и видео (при поддержке инструкций данными программами).

3dnow ! – довольно старая технология AMD , которая содержит дополнительные инструкции по обработке мультимедиа контента, помимо SSE первой версии .

*А именно возможность потоковой обработки вещественных чисел одинарной точности.

Наличие самой новой версии – является большим плюсом, процессор начинает более эффективно выполнять определённые задачи при должной оптимизации ПО. Процессоры AMD носят похожие названия, но немного другие.

* Пример — SSE 4.1(Intel) — SSE 4A(AMD).

К тому же, данные наборы инструкций не идентичны. Это аналоги, в которых есть небольшие отличия.

Cool’n’Quiet, SpeedStep, CoolCore, Enchanced Half State(C1E) и т . д .

Данные технологии, при низкой нагрузке уменьшают частоту процессора, посредством уменьшения множителя и напряжения на ядре, отключения части КЭШа и т.д. Это позволяет процессору гораздо меньше греться и потреблять меньше энергии, меньше шуметь. Если понадобится мощность, то процессор вернётся в обычное состояние за доли секунды. На стандартных настройках Bios практически всегда включены, при желании их можно отключить, для уменьшения возможных «фризов» при переключении в 3D играх.

Некоторые из этих технологий, управляют скоростью вращения вентиляторов в системе. К примеру, если процессор не нуждается в усиленном отводе тепла и не нагружен, скорость вентилятора процессора уменьшается (AMD Cool’n’Quiet, Intel Speed Step ).

Intel Virtualization Technology и AMD Virtualization .

Эти аппаратные технологии позволяют с помощью специальных программ запускать несколько операционных систем сразу, без какой либо сильной потери в производительности. Так же, её используют для правильной работы серверов, ведь зачастую, на них установлена далеко не одна ОС.

Execute Disable Bit и No eXecute Bit – технология, призванная защитить компьютер от вирусных атак и программных ошибок, которые могут вызвать крах системы посредством переполнения буфера .

Intel 64 , AMD 64 , EM 64 T – данная технология позволяет процессору работать как в ОС с 32-х битной архитектурой, так и в ОС с 64-х битной. Система 64 bit – с точки зрения выгоды, для рядового пользователя отличается тем, что в данной системе можно использовать более 3.25Гб оперативной памяти. В 32-х битных системах, использовать бо льший объём оперативной памяти не представляется возможным, из-за ограниченного объёма адресуемой памяти* .

Большинство приложений с 32-х bit архитектурой, можно запустить на системе с 64-х битной ОС.

* Что же поделать, если в далёком 1985 году, никто и подумать не мог о таких гигантских, по меркам того времени, объёмах оперативной памяти.

Дополнительно.

Пара слов о .

На этот пункт стоит обратить пристальное внимание. Чем тоньше техпроцесс, тем меньше процессор потребляет энергии и как следствие — меньше греется. И кроме всего прочего — имеет более высокий запас прочности для разгона.

Чем более тонкий техпроцесс, тем больше можно «завернуть» в чип (и не только) и увеличить возможности процессора. Тепловыделение и энергопотребление при этом тоже уменьшается пропорционально, благодаря меньшим потерям по току и уменьшению площади ядра. Можно заметить тенденцию, что с каждым новым поколением той же архитектуры на новом техпроцессе, растёт и энергопотребление, но это не так. Просто производители идут в сторону ещё большей производительности и перешагивают за черту тепловыделения прошлого поколения процессоров из-за увеличения числа транзисторов, которое не пропорционально уменьшению техпроцесса.

Встроенное в процессор .

Если вам не нужно встроенное видео ядро, то не стоит покупать процессор с ним. Вы получите только худший отвод тепла, лишний нагрев (не всегда), худший разгонный потенциал (не всегда), и переплаченные деньги.

К тому же те ядра, что встроены в процессор, годятся только для загрузки ОС, интернет сёрфинга и просмотра видео (и то не любого качества).

Тенденции на рынке все же меняются и возможность купить производительный процессор от Intel без видео ядра выпадает всё реже. Политика принудительного навязывание встроенного видео ядра, появилась с процессоров Intel под кодовым названием Sandy Bridge , основное новшество которых и было встроенное ядро на том же техпроцессе. Видео-ядро, находится совместно с процессором на одном кристалле , и не такое простое как в предыдущих поколениях процессоров Intel . Для тех кто его не использует, есть минусы в виде некоторой переплаты за процессор, смещённость источника нагрева относительно центра тепло — распределительной крышки. Однако есть и плюсы. Отключенное видео ядро, можно использовать для очень быстрой кодировки видео с помощью технологии Quick Sync вкупе со специальным, поддерживающим данную технологию ПО. В будущем, Intel обещает расширить горизонты использования встроенного видео ядра для параллельных вычислений.

Сокеты для процессоров. Сроки жизни платформ .

Intel ведёт грубую политику для своих платформ. Срок жизни каждой (срок начала и конца продаж процессоров для неё), обычно не превышает 1.5 — 2 года. К тому же, у компании есть несколько параллельно развивающихся платформ.

Компания AMD , ведёт противоположную политику совместимости. На её платформу на AM 3 , будут подходить все процессоры будущих поколений, поддерживающие DDR3 . Даже при выходе платформы на AM 3+ и более поздних, отдельно будут выпускаться либо новые процессоры под AM 3 , либо новые процессоры будут совместимы со старыми материнскими платами, и можно будет сделать безболезненный для кошелька апгрейд, поменяв только процессор (без смены мат.платы, ОЗУ и т.д.) и прошив материнской платы. Единственные нюансы несовместимости могут быть при смене типа , так как будет требоваться другой контроллёр памяти, встроенный в процессор. Так что совместимость ограниченная и поддерживается далеко не всеми материнскими платами. Но в целом, экономному пользователю или тем, кто не привык менять платформу полностью каждые 2 года — выбор производителя процессора понятен — это AMD .

Охлаждение процессора.

В стандартной комплектации, с процессором идёт BOX -овый кулер, который будет просто справляться со своей задачей. Представляет он из себя кусок алюминия с не очень высокой площадью рассеивания. Эффективные кулеры на тепловых трубках и закреплёнными на них пластинами, имеют конструкцию, предназначенную для высокоэффективного рассеивания тепла. Если вы не хотите слышать лишний шум от работы вентилятора, то вам стоит приобрести альтернативный, более эффективный кулер с тепловыми трубками, либо систему жидкостного охлаждения замкнутого или не замкнутого типа. Такие системы охлаждения, дополнительно дадут возможность разгона для процессора.

Заключение.

Все важные аспекты, влияющие на производительность и эксплуатационные характеристики процессора, были рассмотрены. Повторим, на что следует обращать внимание:

• Выбрать производителя
• Архитектура процессора
• Техпроцесс
• Частота процессора
• Количество ядер процессора
• Размер и тип кэш-памяти процессора
• Поддержка технологий и инструкций
• Качественное охлаждение

Надеемся, данный материал поможет вам разобраться и определиться в выборе соответствующего вашим ожиданиям процессора.

Мы продолжаем серию материалов, посвящённых исследованию производительности современных процессоров в реальных задачах и влиянию различных их характеристик на производительность. В этой статье мы затронем тему, которую ранее не исследовали: влияние на производительность частоты работы ядра. Теоретически данный вопрос в достаточной степени проработан: в любой конкретной архитектуре при росте частоты работы ядра, производительность процессора должна сначала практически линейно расти, потом, на определённом этапе, темпы роста должны замедляться, и, наконец, начиная с некой частоты, дальнейшее её наращивание становится уже бессмысленным т.к. перестаёт приводить к росту производительности процессора. Причина этих явлений также давно обозначена: производительность «упирается» в подсистему памяти, которая просто не успевает доставлять данные и код с такой скоростью, с которой их обрабатывает ядро CPU.

Нас же, как практиков, заинтересует простой вопрос: где именно наступают эти «переломные частотные моменты» в случае с конкретными процессорными архитектурами? Сегодня мы исследуем данный вопрос применительно к процессору Intel Core i7.

Конфигурация тестовых стендов

Тестовый стенд остался таким же, как и в двух предыдущих сериях, посвящённых процессору Intel Core i7:

• Процессор: Intel Core i7 950;
• Кулер: ASUS Triton 81;
• Системная плата: ASUS P6T SE (чипсет Intel X58);
• Память: 3 модуля по 2 ГБ Corsair DDR3-1800 в режиме DDR3-1600;
• Видеокарта: Palit GeForce GTX 275
• БП: Cooler Master Real Power M1000.

Для исследований было решено взять 4 «процессора» с частотами от 1,86 до 3,06 ГГц, и шагом ровно в 400 МГц. Навскидку, мы посчитали, что для выявления основных тенденций этого хватит (не ошиблись). Штатная частота используемого CPU - как раз 3,06 ГГц (множитель ядра 23). Меньшие частоты получались путём уменьшения множителя, соответственно:

• x20 - 2,66 ГГц;
• x17 - 2,26 ГГц;
• x14 - 1,86 ГГц.

Множитель внеядра* (да простят нас читатели за этот новояз, но попробуйте сами перевести одним словом англоязычный термин «uncore») у всех процессоров серии Core i7 одинаков - x16 (частота работы внеядра, соответственно - 2,13 ГГц). Технология Hyper-Threading была включена, а вот Turbo Boost пришлось выключить т.к. в данном исследовании нам был нужен процессор, работающий на строго определённых частотах.

* - Часть процессоров Core i7, находящаяся «снаружи ядра», и работающая на своей, отличной от ядра частоте. Две наиболее значимые части внеядра - контроллер памяти и контроллер процессорной шины.

На первом графике приведена кривая роста производительности, построенная на основании баллов производительности каждого «процессора», вычисленных, согласно нашей методике тестирования (красная линия). Синяя же линия олицетворяет собой «идеально масштабируемую» производительность, которая вычисляется, исходя из предыдущего результата и предположения о том, что следующий результат будет настолько же больше, насколько выросла частота процессора. Т.е. если 1,86 ГГц CPU продемонстрировал в некой группе производительность X, подразумевается, что «идеальная» производительность 2,26 ГГц CPU будет равна Y=X*2,26/1,86. Соответственно, производительность 2,66 ГГц процессора будет равна Z=Y*2,66/2,26. Зачем эта линия на графике? Нам кажется, что она позволяет сделать результаты данного тестирования существенно более наглядными. В конце концов, конкретные цифры всегда можно взять из , а вот степень расхождения между практикой и идеалом проще оценивать визуально.

На втором графике (если в нём есть необходимость) линии олицетворяют прирост производительности по мере увеличения частоты для каждого приложения из данной тестовой группы в отдельности. Отсчёт начинается с системы с частотой CPU 1,86 ГГц, производительность которой, соответственно, принята за 100% - поэтому все линии выходят из одной точки. Этот график позволяет нам более точно отследить поведение отдельных программ.

И, наконец - таблица с результатами тестов (также по каждому приложению в отдельности). Начиная со столбика «2,26 ГГц», в ней присутствуют не только абсолютные величины результатов, но и некие проценты. Что это? Это цифра, отражающая прирост производительности данной системы по отношению к предыдущей . Запомните, это очень важно: по отношению к предыдущей, а не к исходной . Таким образом, если мы видим в столбике «2,66 ГГц» цифру 22% - это значит, что система в данном приложении показала на 22% более хороший результат, чем при частоте процессора 2,26 ГГц .

Вообще, нелишним будет озвучить «идеальные» значения прироста производительности, чтобы читателям было проще ориентироваться в содержимом таблиц. Значения эти равны, соответственно:

• при переходе 1,86 ГГц → 2,26 ГГц: ~+22%;
• при переходе 2,26 ГГц → 2,66 ГГц: ~+18%;
• при переходе 2,66 ГГц → 3,06 ГГц: ~+15%.

Учитывая то, что разброс +/-2% у нас принято считать допустимой погрешностью измерений, мы получаем 3 диапазона: от +20 до +24%, от +16 до +20%, и от +13 до +17%. Хотя, впрочем, нижние границы нас не очень интересуют: масштабируемость запросто может являться неидеальной, и даже равняться нулю (отрицательной, теоретически, быть не может). А вот суперлинейный прирост с идеальной точки зрения невозможен - поэтому значения выше +24%, +20% и +17%, соответственно, придётся как-то объяснять.

Также, традиционно, мы даём любознательным читателям ссылку на таблицу в формате Microsoft Excel , в которой приведены все результаты тестов в самом подробном виде. А также, для удобства их анализа, присутствуют две дополнительные закладки - «Compare #1» и «Compare #2». На них, как и в таблицах, присутствующих в статье, произведено сравнение четырёх систем в процентном отношении. Разница очень простая: в случае с Compare #1, проценты вычисляются так же, как в таблицах в статье, - по отношению к предыдущей системе, а в случае с Compare #2, все системы сравниваются с базовой (1,86 ГГц).

3D-визуализация

Ждать от группы визуализации идеальной масштабируемости не стоило - всё-таки, по идее, в данном процессе не последнюю роль должна играть видеокарта. Однако, как оказалось, пакеты трёхмерного моделирования при интерактивной работе весьма существенно зависят от процессора, несмотря на использование различных 3D API (Lightwave и Maya - OpenGL, 3ds max - Direct3D). Собственно, чемпионом является как раз Lightwave, график которого представляет собой практически идеально прямую линию. Инженерные пакеты намного более скромны в аппетитах (то есть, получается, лучше используют видеокарту). Сверхлинейный рост производительности наблюдается при переходе с частоты 2,26 ГГц на частоту 2,66 ГГц (три раза) и при переходе с частоты 2,66 ГГц на частоту 3,06 ГГц (один раз). Пока что просто запомним это.

Трёхмерный рендеринг

Рендеринг, как и следовало ожидать, масштабируется практически идеально, причём независимо от пакета (и, соответственно, рендер-движка) - линии 3ds max, Maya и Lightwave на индивидуальном графике практически слились в одну толстую линию.

Научные и инженерные расчёты

Напомним, что в «вычислительной» группе участвуют приложения трёх типов: инженерные CAD, математические пакеты, и даже один пакет трёхмерного моделирования. Ситуация сложилась забавная: ни в одной группе, состоящей более чем из одного члена, «согласья нет». MAPLE и Mathematica возглавляют рейтинг самых хорошо масштабирующихся приложений (к ним присоединяется пакет трёхмерного моделирования Maya), однако у MATLAB с масштабируемостью скорости при росте частоты всё существенно хуже, особенно под конец. Инженерные CAD и вовсе разбрелись кто куда: у Pro/ENGINEER с масштабируемостью всё отлично, у UGS NX - похуже (его линия практически совпадает с MATLAB), а SolidWorks при переходе с 2,66 ГГц на 3,06 ГГц вообще практически никакого ускорения не получил. Соответственно, бессмысленно пытаться рассуждать о каких-то тенденциях при таком разнобое. Впрочем, благодаря приложениям-лидерам, средняя масштабируемость по группе вышла очень высокой (см. первый график - расхождение с идеалом весьма незначительно и начинается только под конец). И снова мы наблюдаем случаи сверхлинейного роста производительности, причём наиболее массовые при переходе с частоты 2,26 ГГц на 2,66 ГГц. Обратите внимание: учитывая количество случаев, это уже можно смело считать обозначившейся тенденцией.

Растровая графика

В группе растровой графики можно отметить поведение двух программ, выбивающихся из общей колеи: пакет ACDSee, который под конец перестал масштабироваться вообще (несмотря на то, что до этого у него всё было в норме и из общей группы он ничем не выделялся), и PaintShop Pro, у которого наблюдается резкий сверхлинейный скачок производительности... опять при переходе 2,26 → 2,66 ГГц! Чтобы не томить читателей, скажем сразу: увидим мы этот феномен ещё не раз и не два, а возможное объяснение ему мы дадим после комментариев ко всем тестам, т.к. по нашей версии оно универсальное, и от типа программного обеспечения совершенно не зависит.

Сжатие данных без потерь

Почти идеальная масштабируемость - и опять у WinRAR сверхлинейный рост в уже хорошо нам знакомой точке.

Компиляция

И снова мы наблюдаем «горб» на графике в районе 2,66 ГГц, где реальная производительность несколько превосходит идеальный прогноз. Однако расхождение не очень большое (см. ), около 2%, поэтому нельзя утверждать точно, имеем ли мы дело с вышеописанным феноменом, или же с банальной погрешностью измерений. Хотя, конечно, то, что эта «погрешность» опять возникла именно на точке 2,66 ГГц - конечно, наводит на определённые размышления. :)

Кодирование аудио

Достаточно странный результат, требующий дополнительных исследованний. Создаётся впечатление, что тест во что-то «упёрся», и это явно не процессор. Судя по данным , подозревать подсистему памяти не стоит. Быть может, жёсткий диск?..

Кодирование видео

Одна из самых хорошо масштабируемых групп в этом тестировании, причём график по приложениям тоже очень плотный - все кривые, кроме одной, почти что складываются в одну толстую линию. Как ни странно, лидером группы является довольно старый Canopus ProCoder. Впрочем, данный феномен можно попытаться объяснить тем, что он же не очень хорошо использует многоядерность: более современные кодеки, умеющие задействовать все 8 ядер, должны создавать бо льшую нагрузку на подсистему памяти - и, соответственно, зависеть ещё и от неё. А Canopus ProCoder остаётся зависеть исключительно от процессора.

Java

Ситуация настолько похожа на предыдущую, что можно было бы сэкономить на диаграммах, использовав оба раза одну и ту же. :) Впрочем, ничего странного в этом нет: коль SPECjvm способен создавать хорошую нагрузку для процессоров с любым количеством ядер - неудивительно, что он и масштабируется хорошо при повышении быстродействия CPU.

Трёхмерные игры

Тройка лидеров по процессорозависимости: Left 4 Dead*, Far Cry 2 и Unreal Tournament 3, причём Left 4 Dead идёт впереди всех с весомым отрывом. Следует заметить, что вхождение в тройку Unreal Tournament 3 может быть объяснено особенностью самого теста: в отличие от других игровых бенчмарков, бенчмарк для UT3 не воспроизводит заранее записанную демку, а имитирует реальную игру (CTF), с той только разницей, что всеми игроками на поле управляет компьютер. Потенциально, это действительно гораздо более сложная для процессора задача т.к. управление 8-ю игроками в режиме реального времени создаст хорошую вычислительную нагрузку даже при самом примитивном «искусственном интеллекте». Однако в целом всё плохо (или хорошо - зависит от того, с какой стороны смотреть): игровая группа демонстрирует самую низкую процессорозависимость, являясь по данному параметру «лидером наоборот» сегодняшнего тестирования.

* - мы привели результаты Left 4 Dead в таблице и на диаграмме т.к. они оказались самыми показательными с точки зрения зависимости от процессора, но не стоит забывать о том, что данный бенчмарк входит в группу «опциональных тестов», и, соответственно, не влияет на общий балл игровой группы.

Карты на стол!

Что ж, настала пора наконец-таки дать объяснения последнему неразгаданному феномену: массовым случаям сверхлинейного роста производительности при переходе от частоты 2,26 ГГц к частоте 2,66 ГГц. Быть может, мы кому-то покажемся несколько занудными:), однако давайте все вместе «станцуем от печки» - честное слово, так интереснее.

Итак: что нужно для того, чтобы на одном из «переходов» образовался сверхлинейный прирост производительности? Вопрос кажется дурацким (ибо ответ в первом приближении: «чтобы следующий по частоте процессор был сверхлинейно быстрее»), однако подождите делать преждевременные выводы: быстрее - отнюдь не единственный вариант. Если представить нашу гипотетическую идеальную производительность как функцию от частоты, т.е. быстродействие (S) = частота (F) * некий коэффициент (K), то сверхлинейный рост невозможен. Что нужно для того, чтобы он появился? Для этого нужно, чтобы следующему по частоте процессору спустился с небес некий бонус (+B) или... чтобы предыдущий процессор получил бонус отрицательный (-B) т.е. оказался бы медленнее, чем ему положено согласно его частоты. Итак, чувствуете, как изменилась наша задача? Теперь нам нужно найти ответ не на один вопрос, а на один из двух: либо на вопрос «почему 2,66 ГГц процессор такой быстрый?», либо «почему 2,26 ГГц такой медленный?» При этом также нельзя исключать того, что существуют ответы на оба вопроса*.

* - Вы правильно догадались: так оно на самом деле и есть. :)

Искали бы мы эти ответы, наверное, намного дольше, если бы не один счастливый факт: мы-то чётко понимали, что де-факто, физически, процессор был один и тот же . Изменялся только коэффициент умножения, с помощью которого получается частота работы ядра. Значит, если отбросить магию маленьких зелёных человечков, ответ может быть один: дело именно в коэффициенте умножения. Впрочем, это ещё не ответ. Это лишь область для поисков.

Ещё одно наше везение состояло в том, что коэффициенты умножения «быстрого» и «медленного» процессора уж очень сильно разнятся: 17 и 20. Первое число - вообще простое, т.е. делится только само на себя и на единицу. Второе - делится на 2, 4, 5 и 10. И вот как раз на цифре «4» прозвучала та самая «эврика!» - ну да, конечно же - коэффициент умножения внеядра во всех случаях был равен 16, а это число тоже делится на 4!

Подводя итоги: видимо, расходы на согласование между ядром и внеядром, когда они работают на разных частотах - действительно существенный фактор, способный влиять в том числе на быстродействие процессора. Соотношение между коэффициентами умножения ядра и внеядра в случае с частотой первого 2,26 ГГц, довольно «неудобное» - 17:16. И ввиду того, что 17 - простое число, сократить эту дробь невозможно. В случае с 2,66 ГГц процессором, соотношение составляет 20:16, что легко сокращается до 5:4. Судя по всему, универсальное правило «чем сильнее асинхронность - тем хуже», работает и в данном случае. Косвенным подтверждением этого служит вторая диаграмма, где сравнивается идеальный и реальный средний прирост производительности: чётко видно, что 2,66 ГГц процессор намного ближе к своему идеалу, чем 2,26 ГГц.

Разумеется, мы не можем сейчас настаивать на том, что изложенная гипотеза является доказанной: выявленный феномен требует дополнительного исследования, вполне возможно, с привлечением низкоуровневых тестов, которые в подобных случаях обеспечивают бо льшую точность и больший разброс, нежели тесты с помощью реального ПО. Однако в рамках ныне проведенного исследования, гипотеза выглядит вполне непротиворечиво, и, к тому же, никакого другого объяснения вышеизложенным фактам, мы придумать пока не смогли.

Что же касается двух случаев сверхлинейного роста при переходе границы 2,66 / 3,06 ГГц - то их нам, увы, остаётся объявить «артефактами» данного тестирования т.к. с логической точки зрения они необъяснимы, а количество случаев настолько невелико, что списать всё на случайность ещё можно.

Конечно, несколько неожиданно наблюдать настолько стремительно возрастающую разницу между идеальным (под идеальным мы подразумеваем соответствующий росту частоты) приростом производительности и реальным уже на частоте 3,06 ГГц. Фактически, это означает, что даже в лучшем случае производительность гипотетического Core i7 3,46 ГГц будет равна примерно 156 баллов по нашей шкале (3,46 умножить на предполагаемую эффективность порядка 45 баллов за гигагерц) - и это ещё достаточно оптимистичный прогноз. С другой стороны - может, увеличение объёма кэша третьего уровня позволит поднять общую эффективность системы, так что бить тревогу ещё рановато. Собственно, это косвенно подтверждается достаточно спокойной позицией Intel, которая отнюдь не торопится с анонсами новых процессорных архитектур, предпочитая «подтягивать хвосты» в других областях - например, в области графических решений и их интеграции с CPU. Поэтому в целом, мы бы сказали, ничего удивительного нам сегодняшнее тестирование не открыло: да, как правило, в рамках одной и той же архитектуры, чем больше частота - тем меньше эффективность. Это давно всем известно, и блестяще подтвердилось практическими результатами.

Однако раз уж мы провели такое полномасштабное тестирование, грех было бы останавливаться на одной только процессорной тематике, не затронув сами программы. Давайте посмотрим: а какие группы ПО из используемой методики как реагируют на увеличение частоты работы процессорного ядра? Для начала, возьмём разницу между двумя крайними точками: 1,86 ГГц и 3,06 ГГц.

Распределение вполне ожидаемое: научные и инженерные вычисления, рендеринг, архивация, кодирование видео. Несколько правда, странно наличие в нижних строчках группы кодирования аудио. Самая нижняя позиция игровой подгруппы, наоборот, лишь подтверждает правильность нашего выбора опций для тестирования: с нормальными графическими настройками производительность в играх и не должна сильно зависеть от процессора.

А теперь давайте посмотрим на тот же рейтинг, но уже с точки зрения разницы между двумя последними позициями: 2,66 ГГц и 3,06 ГГц. Эта диаграмма позволит нам ответить на вопрос: какие приложения сохраняют хорошую масштабируемость даже на самом верхнем пределе частот?

Первый сюрприз связан как раз с первым же местом: лучше всего масштабируются на верхних частотах, как оказывается, Java-приложения. Больше сюрпризов не наблюдается: все те же рендеринг, кодирование видео, научные и инженерные расчёты. В целом, можно констатировать, что никаких расхождений с нашими интуитивными ощущениями две последних диаграммы не вызывают: даже не видя результатов, руководствуясь одними только логикой и здравым смыслом, пятёрку лидеров любой из редакторов процессорного раздела назвал бы легко.

Подводя итоги, можно продолжить мысль, высказанную абзацем выше: несмотря на отсутствие откровений, тестирование получилось весьма полезное - именно ввиду теоретической предсказуемости результатов. Нет ничего лучше, чем время от времени, обстоятельно, с толком, с расстановкой, экспериментально убедиться в том, что старые добрые, чисто теоретическим путём выведенные закономерности, до сих пор действуют. А то иной раз задумаешься: а вдруг их уже отменили, а мы до сих пор по старинке рассуждаем? :)

Как известно, тактовая частота процессора что это количество выполняемых операций таковым за единицу времени, в данном случае, за секунду.

Но этого определения недостаточно для того, чтобы полностью понять, что же на самом деле означает данное понятие и какое значение оно имеет для нас, рядовых пользователей.

В интернете можно найти множество статей по этому поводу, но во всех из них чего-то не хватает.

Чаще всего это «что-то» является тем самым ключиком, который может открыть дверь к пониманию. Поэтому мы постарались собрать все основные сведения, будто это пазлы, и составить из них единую целостную картину.

Детальное определение

Итак, тактовая частота – это количество операций, которые процессор может выполнять за секунду. Измеряется эта величина в Герцах.

Эта единица измерения названа в честь известного ученого, который проводил эксперименты, направленные на изучение периодических, то есть повторяющихся процессов.

А причем Герц к операциям за секунду?

Такой вопрос возникает при чтении большинства статей в интернете у людей, которые не очень хорошо изучали физику в школе (может быть, не по своей вине). Дело в том, что эта единица как раз и обозначает частоту, то есть количество повторений, этих самых периодических процессов за секунду.

Она позволяет измерять не только число операций, а и другие всевозможные показатели. К примеру, если вы делаете 3 входа в секунду, значит, частота дыхания составляет 3 Герца.

Что же касается процессоров, то здесь могут выполняться самые разные операции, которые сводятся к вычислению тех или иных параметров. Собственно, количество вычислений этих самых параметров за секунду и называется тактовой частотой.

Как все просто!

На практике понятие «Герц» используется крайне редко, чаще мы слышим о мегаГерцах, килоГерцах и так далее. В таблице 1 приведены «расшифровки» этих величин.

Таблица 1. Обозначения

Первое и последнее в настоящее время используется крайне редко.

То есть, если вы слышите, что в нем 4 ГГц, значит, он может выполнять 4 миллиарда операций каждую секунду.

Отнюдь! На сегодняшний день это средний показатель. Наверняка, очень скоро мы услышим о моделях с частотой в тераГерц или даже больше.

Как образовывается

Итак, в нем есть следующие устройства:

• тактовый резонатор – представляет собой обычный кристалл кварца, заключен в специальный защитный контейнер;
• тактовый генератор – устройство, которое преобразовывает один вид колебаний в другие;
• металлическая крышка;
• шина данных;
• текстолитовая подложка, к которой крепятся все остальные устройства.

Так вот, кристалл кварца, то есть тактовый резонатор образуют колебания вследствие подачи напряжения. В результате образовываются колебания электрического тока.

К подложке крепится тактовый генератор, который преобразовывает электрические колебания в импульсы. Они передаются на шины данных, и таким образом результат вычислений попадает к пользователю.

Вот именно таким путем и получается тактовая частота. Интересно, что в отношении данного понятия существует огромное количество заблуждений, в частности, относительно связи ядер и частоты. Поэтому об этом тоже стоит поговорить.

Как частота связана с ядрами

Ядро – это, фактически, и есть процессор. Под ядром подразумевается тот самый кристалл, который и заставляет все устройство выполнять определенные операции. То есть если в той или иной модели два ядра, это значит, что в нем два кристалла, которые соединяются между собой при помощи специальной шины.

Согласно распространенному заблуждению, чем больше ядер, тем больше частота. Не зря ведь сейчас разработчики стараются вместить все больше ядер в них. Но это не так. Если она равна 1 ГГц, даже если в нем 10 ядер, она так и останется 1 ГГц, и не станет 10 ГГц.

Частота? ГГц? 2.6? Ghz?

С точки зрения технической, звучит определение так:

Тактовая частота – это количество произведенных тактов за определенное количество времени.

Для меня это тоже был темный лес, когда на первом курсе я писал это в тетрадке, учившись на программиста. Тогда я, как и многие сейчас вообще не понимал, что это означает и для чего это нужно?

Объясню на примеры, с ним будет легче разобраться, как это работает. Начнем.

Объяснение на примере

Давайте представим, что 1 удар по музыкальному барабану – это 1 такт у процессора. Берем для сравнения два барабана, по одному ударяют 120 раз в минуту, по второму ударяют 80 раз в минуту, будет очевидным, что частотность звука первого барабана выше и громче, чем у второго.

Для самостоятельного эксперимента можете взять в руку обычную пишущую ручку, засечь 10 секунд и сделать 10 ударов ребром от ручки по столу, а затем за тоже самое время сделать 20 ударов, итог будет тот же что и с барабанами.
Еще нужно понимать, что если у музыканта будет четыре барабана, вместо одного, то количество ударов не умножиться на кол‐во барабанов, а распределяется на все, тем самым появятся более широкие возможности в проигрывании звуков.

Запомнить! Количество ядер не умножается на гигагерцы.

И именно поэтому, нигде в описаниях нет таких больших цифр, как 12Ghz или 24ГГц, ну и т.д., если только в результатах оверклокинга, и то навряд ли.
В микропроцессоре за такт выполняется какое‐то количество команд. То есть чем выше тактовая частота, тем больше выполненных команд за определенное количество времени происходит внутри микропроцессора.

Кстати, о том, что там внутри, вы можете узнать в статье – « », которая уже появилась на блоге. Дальше интересней, так что , чтобы всегда быть в курсе о появлении новых статей.

В чем измеряется и как обозначается

В гигагерцах или в мегагерцах, в сокращенном виде обозначается как – ГГц или МГц, Ghz или Mhz.

3.2 Ghz = 3200 Mhz – это одно и тоже, только в разных величинах.

На сайтах, в описании частота обозначается по разному. Примеры приведены ниже и выделены синим цветом.

Влияние в работе и играх

В работе за компьютером это параметр влияет на:

• производительность системы
• отзывчивость и быстроту работы
• вычислительную мощность
• выполнение нескольких запущенных задач в одно и тоже время
• и многое др.

Как влияет в играх? Напрямую зависит от того, сколько нужно мощности для игры. Производители рекомендуют использовать от 3,0Ггц и выше. Все зависит именно от самой игры и рекомендаций, которые к ней прилагаются. Где их смотреть? Можете почитать , в которой подробно я все рассказал.

Одна из моделей CPU, которая имеет самую большую тактовую частоту на момент написания статьи – это Intel i7‐8700K.

Многие конечно считают, что это параметр не самый важный, но этот показатель напрямую влияет на производительность пк, поэтому если у вас есть возможность приобрести более высокую гигагерцовость, советую его рассмотреть.

На мой взгляд я бы рассматривал вот эти оптимальных моделей для различных задач:

• INTEL Pentium G5600
• AMD Ryzen 3 2200G
• INTEL Core i3 8100
• INTEL Core i5 8400
• INTEL Core i7 8700

Для каких задач они предназначены? Можете посмотреть в статье как , чтобы потом не пожалеть.

Цены не указываю, так как они всегда меняются, так что смотрите. Выбор за вами.

Надеюсь вам стало все понятно. На этом буду заканчивать. Чтобы оставаться в курсе о появлении новых, понятных и интересных статей на моем блоге , оставляйте комментарии, мне всегда интересно ваше мнение. Спасибо за внимание. До встречи в новых статьях.