Как се изчислява скоростта на процесора на многоядрени процесори?

Появата на многоядрени многоядрени процесори за потребителски клас повдига въпроса за много потребители: как ефективно да изчислите реалната скорост на многоядрената система? Дали 4-ядрена 3Ghz система наистина е 12Ghz? Прочетете, докато проучваме.

Днешната сесия на въпросите и отговорите идва с любезното съдействие на SuperUser - подразделение на Stack Exchange, обединяващо групи от уебсайтове с въпроси и отговори.

Въпроса

SuperUser четец NReilingh беше любопитен как да се изчисли скоростта на процесора за многоядрена система:

Правилно ли е да се каже например, че процесор с четири ядра, всеки от които работи на 3GHz, всъщност е процесор, работещ на 12GHz?

Веднъж попаднах в аргумента „Mac vs. PC“ (който между другото не е фокусът на тази тема… който се върна в средното училище) с познат, който настояваше, че Mac-овете се рекламират само като 1GHz машини, защото бяха двойни процесор G4s всеки работи на 500MHz.

По това време знаех, че това е глупост по причини, които според мен са очевидни за повечето хора, но току-що видях коментар на този сайт за ефекта на „6 ядра x 0.2GHz = 1.2Ghz“ и това ме накара да мисля отново дали има реален отговор на това.

Така че, това е повече или по-малко философски / дълбоко технически въпрос за семантиката на изчислението на часовника. Виждам две възможности:

1. Всяко ядро ​​всъщност прави x изчисления в секунда, като по този начин общият брой на изчисленията е x (ядра).
2. Скоростта на часовника е по-скоро броене на броя на циклите, през които процесорът преминава през секунда, така че докато всички ядра работят с една и съща скорост, скоростта на всеки тактов цикъл остава същата, без значение колко съществуват ядра. , С други думи, Hz = (core1Hz + core2Hz +…) / ядра.

И така, какъв е подходящият начин за обозначаване на общата тактова честота и, което е по-важно, дори е възможно да се използва едноядрена скоростна номенклатура на многоядрена система?

Отговорът

Сътрудниците на SuperUser Mokubai помага да се изяснят нещата. Той пише:

Основната причина, поради която един четириядрен 3GHz процесор никога не е толкова бърз като 12GHz едноядрен, е свързан с това как работи задачата, която работи на този процесор, т.е. с еднонишко или многонишково. Законът на Amdahl е важен, когато се разглеждат видовете задачи, които изпълнявате.

Ако имате задача, която по своята същност е линейна и трябва да се извърши точно стъпка по стъпка, като (грубо проста програма)

10: a = a + 1

20: Гото 10 

Тогава задачата зависи силно от резултата от предишното преминаване и не може да изпълнява няколко копия от себе си, без да нарушава стойността на "А" като всяко копие ще получи стойността на "А" по различно време и да го пишат различно. Това ограничава задачата до една нишка и по този начин задачата може да се изпълнява само на едно ядро ​​във всеки един момент, ако се изпълнява на няколко ядра, тогава ще се случи корупцията при синхронизирането. Това го ограничава до 1/2 от силата на процесора на двуядрена система или 1/4 в четириядрена система.

Сега изпълнете задача като:

10: a = a + 1

20: b = b + 1

30: с = с + 1

40: d = d + 1

50: goto 10 

Всички тези линии са независими и могат да се разделят на 4 отделни програми като първата и да се изпълняват по едно и също време, като всеки може ефективно да използва пълната мощност на една от ядрата без никакъв проблем с синхронизацията. влиза в него.

Така че, ако имате едно-единствено резбовано приложение, което прави изчисления с груба сила, единственият 12GHz процесор ще спечели ръцете надолу, ако можете по някакъв начин да направите задачата разделена на отделни части и многонишкови, тогава 4-те ядра могат да се доближат, но не съвсем. същото изпълнение, според Закона на Amdahl.

Основното, което ви дава мултипроцесорна система, е отзивчивостта. На една основна машина, която работи усилено системата може да изглежда бавна, тъй като по-голямата част от времето може да се използва от една задача, а другите задачи се изпълняват само в кратки интервали между по-голямата задача, което води до система, която изглежда бавна или дразнеща , В многоядрената система тежката задача получава едно ядро ​​и всички останали задачи играят на другите ядра, изпълняват задачите си бързо и ефективно.

Аргументът за “6 ядра x 0.2GHz = 1.2Ghz” е боклук във всяка ситуация, освен когато задачите са напълно паралелни и независими. Има голям брой задачи, които са много паралелни, но те все още изискват някаква форма на синхронизация. Ръчната спирачка е видео транскодер, който е много добър в използването на всички налични процесори, но изисква основен процес, за да се запазят другите нишки, пълни с данни, и да се съберат данните, с които са направени..

1. Всяко ядро ​​всъщност прави x изчисления в секунда, като по този начин общият брой на изчисленията е x (ядра).

Всяко ядро ​​е в състояние да прави изчисления x в секунда, приемайки, че работното натоварване е подходящо успоредно, на линейна програма всичко, което имате, е 1 ядро.

1. Скоростта на часовника е по-скоро броене на броя на циклите, през които процесорът преминава през секунда, така че докато всички ядра работят с една и съща скорост, скоростта на всеки тактов цикъл остава същата, без значение колко съществуват ядра. , С други думи, Hz = (core1Hz + core2Hz +…) / ядра.

Мисля, че е грешка да се мисли, че 4 x 3GHz = 12GHz, предоставени на математиката работи, но вие сравнявате ябълки с портокали и сумите просто не са прави, GHz не може просто да се добавят заедно за всяка ситуация. Бих го променил на 4 x 3GHz = 4 x 3GHz.

Имате ли какво да добавите към обяснението? Звукът е изключен в коментарите. Искате ли да прочетете повече отговори от други технологични потребители на Stack Exchange? Вижте пълната тема за дискусия тук.