Megahertzský mýtus - Megahertz myth

Megahertz mýtus , nebo ve více nedávných případech GHz mýtus , se vztahuje k nedorozumění pouze s taktovací frekvencí (například měřená v MHz nebo GHz ) porovnat výkon různých mikroprocesorů . Zatímco hodinové sazby jsou platným způsobem porovnávání výkonu různých rychlostí stejného modelu a typu procesoru, výkon mohou výrazně ovlivnit i další faktory, jako je množství prováděcích jednotek , hloubka potrubí , hierarchie mezipaměti , predikce větví a sady instrukcí při zvažování různých procesorů. Například jednomu procesoru může trvat dva hodinové cykly pro přidání dvou čísel a další hodinový cyklus pro vynásobení třetím číslem, zatímco jiný procesor může provést stejný výpočet ve dvou hodinových cyklech. Porovnání mezi různými typy procesorů je obtížné, protože výkon se liší v závislosti na typu úlohy. Měřítkem je důkladnější způsob měření a porovnávání výkonu počítače .

Mýtus začal kolem roku 1984 při srovnání Apple II s IBM PC . Argumentem bylo, že počítač byl pětkrát rychlejší než Apple II, protože jeho procesor Intel 8088 měl takt zhruba 4,7krát vyšší než takt MOS Technology 6502 používaný v Apple. Ve skutečnosti však nezáleží na tom, jak jemně rozdělené jsou pokyny stroje, ale na tom, jak dlouho trvá splnění daného úkolu. Zvažte instrukci LDA # (Load Accumulator Immediate). Na 6502 tato instrukce vyžaduje dva taktovací cykly, nebo 2 μs na 1 MHz. Přestože jsou taktovací cykly 807 4,77 MHz 8088 kratší, LDA # potřebuje alespoň 4 z nich, takže to trvá minimálně 4 / 4,77 MHz = 0,84 μs. V nejlepším případě tedy tato instrukce běží jen o málo více než 2krát rychleji na původním počítači IBM než na Apple II.

Dějiny

Pozadí

X86 CISC založené na procesoru architektury, které Intel představil v roce 1978 byl použit jako standard pro DOS na bázi IBM PC a vývoj něj ještě stále dominují Microsoft Windows na trhu. Pro CPU PowerPC byla vydána architektura založená na IBM RISC, která byla vydána v roce 1992. V roce 1994 představila společnost Apple Computer počítače Macintosh využívající tyto procesory PowerPC. Zpočátku tato architektura splňovala naděje na výkon a byly vyvinuty různé řady procesorů PowerPC, které často poskytovaly různé výkony při stejném taktu. Podobně v této době se Intel 80486 prodával po boku Pentia, které poskytovalo téměř dvojnásobný výkon než 80486 při stejném taktu.

Vzestup mýtu

Mýtus vznikl proto, že taktovací frekvence byla běžně brána jako jednoduché měřítko výkonu procesoru a byla propagována v reklamě a nadšenci bez zohlednění dalších faktorů. Termín se začal používat v kontextu porovnávání počítačů Apple Macintosh založených na PowerPC s počítači na bázi Intel . Marketing založený na mýtu vedl k tomu, že hodinové frekvenci byla dána vyšší priorita než skutečný výkon, a vedlo k tomu, že AMD zavedla modelová čísla poskytující pomyslnou hodinovou frekvenci založenou na srovnávacím výkonu, aby překonala vnímaný nedostatek v jejich skutečné hodinové frekvenci.

Moderní adaptace mýtu

S příchodem vícevláknových a vícejádrových procesorů rozvířil mýtus více mylných představ o měření výkonu ve vícejádrových procesorech. Někteří lidé bez patřičných znalostí se domnívají, že čtyřjádrový procesor běžící na frekvenci 3 GHz by měl za následek celkový výkon procesoru v hodnotě 12 GHz. Jiní mohou říci, že celkový výkon je ve skutečnosti 3 GHz, přičemž každé jádro běží na 750 MHz. Obě tyto myšlenky jsou nesprávné. Stejný uživatel provádějící tato srovnání bude často porovnávat více značek CPU, které v žádném případě neudělají stejné množství práce za cyklus. Zatímco vlastnosti mikroarchitektury, jako je hloubka potrubí, hrají stejnou roli ve výkonu, návrh paralelního zpracování přináší do obrazu další faktor: účinnost softwaru.

Je pravda, že špatně napsaný program poběží špatně i na jednojádrovém systému, ale i dobře napsaný program, který byl navržen lineárně, bude často (ne-li vždy) fungovat lépe na jednojádrovém systému než vícejádrový, když běží sám. Celkový výkon systému nelze posoudit pouhým porovnáním počtu jader procesoru a taktu, přičemž software běžící v systému je také hlavním faktorem pozorované rychlosti. Mýtus o důležitosti hodinové rychlosti zmátl mnoho lidí v tom, jak hodnotí rychlost počítačového systému.

Výzvy k mýtu

Srovnání mezi PowerPC a Pentiem se stalo základem prezentací Apple. Na Keynote New York City Macworld Expo 18. července 2001 Steve Jobs popsal G4 867  MHz jako splnění úkolu za 45 sekund, zatímco Pentium 4 1,7  GHz na stejný úkol zabralo 82 sekund, přičemž řekl „jméno, které jsme“ vzhledem k tomu, že je to megahertzový mýtus “. Poté představil vedoucího hardwaru, viceprezidenta Jon Rubinsteina, který poskytl tutoriál popisující, jak kratší potrubí poskytuje lepší výkon při polovičním taktu. Online karikatura Joy of Tech následně představila sérii karikatur inspirovaných Rubinsteinovým tutoriálem.  

Intel dosahuje svého vlastního rychlostního limitu

Přibližně od roku 1995 do roku 2005 společnost Intel propagovala své hlavní procesory Pentium primárně pouze na základě rychlosti hodin ve srovnání s konkurenčními produkty, jako je AMD. Články z tisku předpovídaly, že počítačové procesory mohou v příštích několika desetiletích nakonec běžet až 10 až 20 gigahertzů.

To pokračovalo až do roku 2005, kdy Pentium Extreme Edition dosahovalo teplotních ztrátových limitů při rychlostech téměř 4 gigahertzů. Procesor nemohl jet rychleji, aniž by vyžadoval složité změny v designu chlazení, jako jsou mikrofluidní chladicí kanály zabudované v samotném čipu pro rychlé odstranění tepla.

V roce 2006 následovalo představení stolního procesoru Core 2 , což byla zásadní změna oproti předchozím desktopovým procesorům Intel, což umožnilo téměř 50% snížení taktů procesoru při zachování stejného výkonu.

Core 2 měl své začátky v mobilním procesoru Pentium M , kde byla energetická účinnost důležitější než surový výkon, a původně nabízel možnosti úspory energie, které v Pentium 4 a Pentium D nebyly k dispozici .

Zvyšování frekvencí

V následujících letech po zániku mikroarchitektury NetBurst a jejích procesorů s frekvencí 3 GHz a více se frekvence hodin mikroprocesorů po zpočátku přibližně o 1 GHz pomalu zvyšovala. Několikaletý pokrok ve výrobních procesech a řízení spotřeby (konkrétně možnost nastavit taktovací frekvenci na základě jádra) umožňoval dosáhnout tak vysokých nebo vyšších hodin než staré NetBurst Pentium 4s a Pentium Ds, ale s mnohem vyšší účinností a výkonem . Jak 2018, mnoho mikroprocesorů Intel je schopno překročit základní takt 4 GHz (Intel Core i7-7700K a i3-7350K mají základní takt 4,20 GHz, například).

V roce 2011 byla společnost AMD poprvé schopna prolomit bariéru 4 GHz pro mikroprocesory x86 s debutem původních procesorů AMD FX založených na Bulldozeru . V červnu 2013 AMD vydala FX-9590, který může dosáhnout rychlosti až 5,0 GHz, ale podobné problémy s využitím energie a tepelným výkonem se vrátily.

Intel Core i9-10900KF může dosáhnout 5,3 GHz s podporou turbo.

Intel ani AMD nevyráběli první mikroprocesor v celém odvětví, který prolomil bariéry 4 GHz a 5 GHz. IBM z10 dosáhl 4,4 GHz v roce 2008, a IBM z196 dosáhl 5,2 GHz v roce 2010, následovaný Z12 dosahuje 5,5 GHz a na podzim roku 2012.

Viz také

Reference

externí odkazy