Преимущества многоядерной архитектуры

Энергетическая эффективность процессора

Если абсолютную производительность процессора принято измерять в количестве программных инструкций, выполняемых в единицу времени (Instruction Per Second, IPS), то энергетическую эффективность процессоров можно характеризовать величиной, численно равной среднему количеству поглощенной энергии, приходящейся на одну выполненную инструкцию (Energy Per Instruction, EPI). EPI измеряется в джоулях (Дж).

Таким образом, энергетическую эффективность процессора EPI можно трактовать как потребляемую мощность в расчете на единицу производительности, если последняя измеряется в количестве инструкций, исполняемых за единицу времени.

Энергетическая эффективность процессора, равно как и оптимизированная производительность, зависит от соотношения двух величин: скорости выполнения процессором инструкций и потребляемой мощности. При этом ни энергетическая эффективность процессора, ни оптимизированная производительность не зависят от времени выполнения инструкций. Именно поэтому и EPI, и оптимизированная производительность являются удобными величинами для оценки энергетической эффективности процессора в условиях, когда основным критерием для сравнения процессоров служит производительность в заданном диапазоне энергопотребления.

Один из способов создать энергоэффективный процессор — это переход от одноядерной процессорной архитектуры к многоядерной. Дело в том, что многоядерные процессоры позволяют повышать производительность именно за счет увеличения IPC, то есть количества инструкций программного кода, обрабатываемых за каждый такт работы процессора. В идеале при переходе от одноядерной архитектуры процессора к двухъядерной можно сохранить тот же уровень производительности, снизив тактовую частоту каждого из ядер почти вдвое.

В реальности, конечно, все несколько сложнее — результат будет зависеть от используемого приложения и его оптимизации к двухъядерному процессору. То есть, чтобы приложение могло одновременно задействовать несколько процессорных ядер, оно должно хорошо распараллеливаться. Если же программный год написан таким образом, что подразумевает только последовательное выполнение инструкций, от многоядерности проку не будет.

До сих пор, обсуждая прирост производительности, который можно получить при переходе от одноядерной к многоядерной архитектуре, мы рассматривали только одно приложение. Тем не менее многоядерные процессоры позволяют ощутить существенный прирост производительности при одновременной работе нескольких приложений. В идеальном случае каждое приложение может исполняться на отдельном ядре процессора независимо от других приложений. К примеру, можно параллельно конвертировать видеофайлы, играть в игры и т.п.

Подводя итог, еще раз подчеркнем, что многоядерная архитектура процессоров позволяет одновременно решать две глобальные задачи: увеличивать производительность процессоров и одновременно создавать энергоэффективные процессоры.

Intel Core изначально разрабатывалась как архитектура энергоэффективного процессора, в котором рост производительности достигается за счет увеличения числа исполняемых инструкций за такт (IPC). Эффективная длина конвейера в микроархитектруе Intel Core составляет 14 ступеней. Для сравнения отметим, что у процессора Pentium 4 она варьируется от 20 до 30 ступеней (в зависимости от модели). Как видно, новый процессор относится к классу короткоконвейерных. Конечно, увеличение IPC достигается не только за счет короткого конвейера. В Intel Core используется множество инновационных технологий, которые позволяют снизить энергопотребление процессора и существенно увеличить его производительность в сравнении с Intel NetBurst. В результате процессоры семейства Intel Core 2 Duo демонстрируют более высокую производительность, чем процессоры семейства Intel Pentium 4, и при этом потребляют существенно меньше электроэнергии (всего 65 Вт), то есть являются более энергоэффективными.

Другое преимущество процессорной микроархитектуры Intel Core над микроархитектурой Intel NetBurst заключается в том, что она изначально оптимизирована под двухъядерную архитектуру процессора. И хотя это и не мешает компании Intel выпускать и четырехъядерные процессоры с ядрами на основе микроархитектуры Intel Core, все же родным для данной архитектуры является именно двухъядерный процессор семейства Intel Core 2 Duo.

Дата добавления: 2014-01-06