Миф о мегагерцах - Википедия - Megahertz myth

В мегагерцовый миф, или в более поздних случаях миф о гигагерцах, относится к неправильному представлению об использовании только тактовая частота (например, измеряется в мегагерц или же гигагерц ) для сравнения производительности разных микропроцессоры. Хотя тактовые частоты являются допустимым способом сравнения производительности разных скоростей одной и той же модели и типа процессора, другие факторы, такие как количество исполнительные единицы, глубина трубопровода, иерархия кеша, предсказание ветвления, и наборы инструкций может сильно повлиять на производительность при рассмотрении разных процессоров. Например, один процессор может занимать два такты для сложения двух чисел и еще одного тактового цикла для умножения на третье число, в то время как другой процессор может производить такие же вычисления за два тактовых цикла. Сравнение различных типов процессоров затруднено, поскольку производительность зависит от типа задачи. А ориентир это более тщательный способ измерения и сравнения производительность компьютера.

Миф возник примерно в 1984 году, когда сравнивали Яблоко II с IBM PC. Аргументом было то, что ПК был в пять раз быстрее Apple II, поскольку его Intel 8088 процессор имел тактовую частоту примерно в 4,7 раза превышающую тактовую частоту Технология MOS 6502 используется в Apple. Однако на самом деле важно не то, насколько точно разделены машинные инструкции, а то, сколько времени требуется для выполнения данной задачи. Рассмотрим инструкцию LDA # (немедленная загрузка аккумулятора). На 6502 для этой инструкции требуется два тактовых цикла, или 2 мкс при 1 МГц. Хотя тактовые циклы у 8088 с частотой 4,77 МГц короче, LDA # требует как минимум[1] Их 4, поэтому требуется минимум 4 / 4,77 МГц = 0,84 мкс. Так что, в лучшем случае, эта инструкция выполняется на оригинальном IBM PC лишь немногим более чем в 2 раза быстрее, чем на Apple II.

История

Фон

В x86 CISC основан ЦПУ архитектура, которая Intel введенный в 1978 году, использовался в качестве стандарта для ДОС основан IBM PC, и его развитие все еще продолжает доминировать Майкрософт Виндоус рынок. An IBM RISC на основе архитектуры использовалась для PowerPC ЦПУ который был выпущен в 1992 году. В 1994 году Компьютер Apple представил Macintosh компьютеры, использующие эти процессоры PowerPC. Первоначально эта архитектура оправдала надежды на производительность, и были разработаны различные линейки процессоров PowerPC, часто обеспечивающие разную производительность при одинаковой тактовой частоте. Точно так же в это время Intel 80486 продавался вместе с Pentium который показал почти вдвое большую производительность по сравнению с 80486 при той же тактовой частоте.[2]

Возникновение мифа

Миф возник потому, что тактовая частота обычно считался простым показателем производительности процессора и продвигался в рекламе и энтузиастами без учета других факторов. Термин вошел в употребление в контексте сравнения PowerPC -основан Apple Macintosh компьютеры с Intel -на базе ПК. Маркетинг, основанный на мифах, привел к тому, что тактовая частота стала более приоритетной, чем фактическая производительность, и привел к AMD введение номеров моделей, дающих условную тактовую частоту, основанную на сравнительной производительности, чтобы преодолеть предполагаемый недостаток их фактической тактовой частоты.[3]

Современные адаптации мифа

С появлением многопоточность и многоядерные процессоры этот миф породил новые заблуждения относительно измерения производительности многоядерных процессоров. Некоторые люди, не обладающие надлежащими знаниями, считают, что четырехъядерный процессор, работающий на частоте 3 ГГц, обеспечит общую производительность процессора на уровне 12 ГГц. Другие могут сказать, что общая производительность на самом деле составляет 3 ГГц, при этом каждое ядро ​​работает на частоте 750 МГц. Обе эти идеи неверны. Часто один и тот же пользователь, выполняющий эти сравнения, будет сравнивать несколько марок ЦП, которые в любом случае не будут выполнять одинаковый объем работы за цикл. В то время как такие особенности микроархитектуры, как глубина конвейера, играют ту же роль в производительности, дизайн параллельной обработки привносит в картину другой фактор: эффективность программного обеспечения.

Это правда, что плохо написанная программа будет плохо работать даже на одноядерный[4] система, но даже хорошо написанная программа, которая была разработана линейным образом, часто (если не всегда) будет работать лучше на одноядерной системе, чем на многоядерный один, когда запущен сам по себе. Об общей производительности системы нельзя судить, просто сравнивая количество ядер процессора и тактовую частоту, программное обеспечение, работающее в системе, также является важным фактором наблюдаемой скорости. Миф о важности тактовой частоты сбил с толку многих людей относительно того, как они оценивают скорость компьютерной системы.

Вызов мифу

Сравнение PowerPC и Pentium стало основным элементом презентаций Apple. На Нью-Йорк Macworld Expo Основной доклад 18 июля 2001 г., Стив Джобс описал 867МГц  G4 как выполнение задачи за 45 секунд, а 1,7ГГц Pentium 4 на выполнение той же задачи потребовалось 82 секунды, заявив, что «название, которое мы дали ему, - это миф о мегагерцах».[5] Затем он представил старшего вице-президента по аппаратному обеспечению. Джон Рубинштейн кто дал учебник, описывающий, насколько короче трубопроводы дал лучшую производительность на половине тактовой частоты. Интернет-мультфильм Радость техники впоследствии представил серию мультфильмов, вдохновленных учебником Рубинштейна.[6]

Intel достигает своего предела скорости

Примерно с 1995 по 2005 год Intel рекламировала свои процессоры Pentium для массового потребления в основном на основе только тактовой частоты, по сравнению с продуктами конкурентов, такими как AMD. В статьях в прессе предсказывалось, что в ближайшие несколько десятилетий компьютерные процессоры в конечном итоге могут работать с частотой от 10 до 20 гигагерц.

Так продолжалось примерно до 2005 г., когда Pentium Extreme Edition достигал тепловыделение ограничивает работу на скорости почти 4 гигагерца. Процессор не мог работать быстрее, не требуя сложных изменений в конструкции охлаждения, таких как микрожидкостные каналы охлаждения, встроенные в сам чип для быстрого отвода тепла.

За этим последовало введение Ядро 2 настольный процессор в 2006 году, который был серьезным изменением по сравнению с предыдущими процессорами Intel для настольных ПК, позволившим почти на 50% снизить тактовую частоту процессора при сохранении той же производительности.

Ядро 2 зародилось в Pentium M мобильный процессор, где энергоэффективность была важнее чистой мощности, и изначально предлагал варианты энергосбережения, недоступные в Pentium 4 и Pentium D.

Повышение частот

В последующие годы после упадка NetBurst В микроархитектуре и ее процессорах с тактовой частотой 3+ ГГц тактовая частота микропроцессоров продолжала медленно расти после первоначального снижения примерно на 1 ГГц. Достижения, достигнутые за несколько лет в производственных процессах и управлении питанием (в частности, возможность устанавливать тактовые частоты для каждого ядра), позволили достичь тактовых частот на уровне или выше, чем у старых NetBurst Pentium 4 и Pentium D, но с гораздо более высокой эффективностью и производительностью. . По состоянию на 2018 год многие микропроцессоры Intel могут превышать базовую тактовую частоту 4 ГГц (например, Intel Core i7-7700K и i3-7350K имеют базовую тактовую частоту 4,20 ГГц).

В 2011 году AMD впервые смогла преодолеть барьер в 4 ГГц для x86 микропроцессоры с дебютом начальных Бульдозер основан AMD FX ЦП. В июне 2013 года AMD выпустила FX-9590, который может развивать скорость до 5,0 ГГц, но аналогичные проблемы с потреблением энергии и тепловыделением вернулись.

Ни Intel, ни AMD не выпустили первый в отрасли микропроцессор, который преодолел бы барьеры в 4 и 5 ГГц. В IBM z10 достигла 4,4 ГГц в 2008 г., а IBM z196 достигла 5,2 ГГц в 2010 г., затем z12 достигнув 5,5 ГГц осенью 2012 года.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ 8088 имеет слабосвязанный исполнительный модуль (EU) и интерфейсный модуль шины (BIU) с очередью предварительной выборки; в 8088 для выполнения инструкции MOV AL, #, аналогичной по функциям инструкции LDA # в 6502, EU требует 4 тактовых цикла, а BIU требует 8 тактовых циклов. (Это 2-байтовая инструкция, и BIU требуется 4 тактовых цикла для чтения или записи 1 байта, при условии отсутствия состояний ожидания.) Следовательно, если инструкция уже находится в очереди предварительной выборки, для ее выполнения требуется 4 тактовых цикла; если инструкция не была предварительно загружена, потребуется 8 тактов; и если BIU находится в процессе предварительной выборки инструкции, когда EU начинает ее выполнять, это занимает от 5 до 7 тактовых циклов. Напротив, 6502, который имеет гораздо более простой конвейер выборки-выполнения, всегда требует одинакового количества тактовых циклов для выполнения данной инструкции в любом контексте.
  2. ^ "Анализ: x86 против PPC". Получено 2008-09-18.
  3. ^ Тони Смит (28 февраля 2002 г.). «Миф о мегагерцах: технологии». Хранитель. Получено 2008-09-18.
  4. ^ одноядерный
  5. ^ «Видео презентации Мифа Мегагерца».
  6. ^ "Нитрозак и Снагги" (2001-10-11). "Миф о мегагерцах". Радость технологий. Получено 2011-11-21.

внешняя ссылка