Почему производительность ядер процессоров оценивают через частоту и гигагерцы

Именно эта периодичность и называется тактовой частотой процессора. Точнее, количеством тактов, которые он может выполнять за секунду. Она измеряется в гигагерцах, а частота всего в 1 ГГц означает, что всего за секунду ядро процессора может выполнить миллиард операций.

Как тактовая частота влияет на производительность процессора

Логично предположить, что чем выше тактовая частота процессора, тем больше операций он выполняет за секунду. А значит, тем быстрее и общая скорость работы процессора. Конечно, это так и есть. Но это вовсе не означает, что, задрав частоту до максимума, вы получите самый быстрый процессор в мире.

На самом деле зависимость производительности от тактовой частоты хоть и есть, но помимо этого в дело вмешивается множество других факторов. И о них мы расскажем чуть ниже.

Параллелизм порой может быть важнее

Каждое ядро процессора раньше могло выполнять только одну операцию за каждый такт времени. Вот только все современные процессоры имеют многоядерную архитектуру, за счет которой достигается параллелизм операций.

Более того, если раньше пределом быстродействия одноядерного CPU действительно была одна операция за такт, то современные процессорные ядра научились параллельно выполнять уже по две задачи, и, к примеру, в 16-ядерных моделях их соотношение уже может достигать 32 операций за 1 такт. Соответственно, увеличивается и скорость работы процессора.

Другой вопрос в том, что далеко не все программы «умеют» в параллелизм. При запуске такого софта остальные ядра процессора фактически будут простаивать, а все операции станут выполняться только на одном ядре.

Не все ядра одинаково полезны

В современных процессорах все чаще используется набор из «больших» и «малых» ядер. Первые работают на высокой тактовой частоте, внося наибольший вклад в производительность процессора, а вторые рассчитаны не на скорость, а на энергоэффективность. Они подключаются для выполнения каких-то простейших задач, не требующих от себя высокой производительности.

Более того, малые или энергоэффективные ядра не предназначены для параллельной работы. Поэтому процессор с конфигурацией ядер 8 больших + 4 малых сможет одновременно обрабатывать не больше 20 потоков команд. По два на «больших» ядрах, и по одному — на «малых».

Технологический процесс тоже имеет значение

Технологический процесс определяет то, насколько миниатюрные транзисторы используются в процессоре. Чем они меньше, тем меньший путь нужно пройти сигналу, тем быстрее он это сделает и тем меньше сил на это будет потрачено.

Иными словами, чем меньше техпроцесс, тем быстрее и энергоэффективнее процессор. А значит, при прочих равных CPU на 3-нм техпроцессе всегда будет производительнее своего 4-нм аналога. Подробнее о том, что такое техпроцесс можно почитать в этой статье.

Тепловыделение процессора

Здесь все ровно как с человеческим организмом. Чем быстрее вы работаете, тем больше потеете. Вот только вместо пота процессоры «выделяют» тепло. Проще говоря, чем выше тактовая частота CPU, тем сильнее он греется и тем более эффективная система охлаждения ему требуется. Поэтому частоту процессора просто нельзя увеличивать сверх меры.

Для того чтобы избежать повреждения из-за перегрева в процессорах используется множество систем безопасности. Но главная из них — троттлинг. При достижении определенной температуры тактовая частота уменьшается. Из-за этого процессор начинает работать медленнее, а его тепловыделение снижается.

Читайте также

• Что такое квантовый компьютер и как он работает
• Почему Samsung и Apple до сих пор не перешли на кремний-углеродные батареи?