11.12.2002
Алексей Ерохин

Куда стремятся процессоры? Сколько можно наращивать тактовые частоты, если уже сегодня персональные компьютеры не в состоянии реализовать всю процессорную мощь?

Такие вопросы, наверное, волнуют многих. Тактовые частоты растут, а заметной разницы в использовании Р4 1,5 ГГц и Р4 2 ГГц никто не чувствует. Нет, на некоторых приложениях это заметно, но едва ли «овчинка стоит выделки». Если раньше владелец Р3 600 смотрел на владельца Р3 450 как на младшего братишку, которому еще расти и расти, то сегодня…

Другими словами, «лучший друг» Intel - корпорация AMD - права: сегодня не только тактовая частота определяет реальную производительность процессора, а также возможности его архитектуры. Корпорация Intel терпеливо выслушивала рассуждения оппонента и не торопилась отвечать. Может быть, потому что не снисходила до спора, а может быть и потому, что готовила ответный удар.

И приготовила. Называется «удар» - Hyper-Threading в настольных системах. Данная технология уже известна более года (идея появилась вообще в 1993, а официальное представление состоялось в августе 2001), но не все читатели «ДК» о ней слышали, поскольку до последнего времени она применялась только в серверах на Intel Xeon - машинах, скажем прямо, далеких от домашнего применения. Появление Hyper-Threading в настольных системах планировалось на четвертый квартал 2003 года. Но Intel изменила планы и нанесла ответный удар еще в этом году.

Собственно, ударов оказалось сразу два. Первый - появление Р4 с тактовой частотой 3,06 ГГц (дожили! о таком СОБЫТИИ сообщается между строк). А второй - что новый Р4, предназначенный не для серверов, а для обычных настольных компьютеров, поддерживает Hyper-Threading. Ничего не скажешь, сильно! В терминологии бокса - «хук справа, хук слева», не меньше.

Но пора все же рассказать, как это работает.

Hyper-Threading (дальше - просто НТ) - способ в одном физическом процессоре уместить два логических. Смысл есть, и немалый - эффект от наращивания простой мощи процессора (увеличения кэша и тактовой частоты) не слишком заметен пользователю, в частности, потому, что процессор довольно много времени простаивает. Т. е. пока выполняется какая-нибудь длинная команда, он мог бы еще чем-нибудь заняться, но… не может - часть его ресурсов отдыхает, а другая загружена работой по горло. Несправедливо! Почти как в плохих фирмах - некоторые света белого не видят, а другие спокойно плюют в потолок.

Ладно. Подумаем, как восстановить принцип «от каждого по труду».

Даже если в операционной системе запущено одно приложение, программных потоков (трейдов - отдельных задач или подзадач, требующих параллельного вычисления) образуется несколько. Обычный (суперскалярный) процессор переключается между потоками и по очереди их обсчитывает. Но часть его ресурсов не вписывается в приходящий поток инструкций и данных, поэтому и получается, что в работе процессора образуются «дыры» - часть ресурсов простаивает. В двухпроцессорной системе такая же картина складывается для каждого «камня», но общая работа, разумеется, выполняется быстрее. Новый Р4 разделен на два логических процессора, снабжен двойным набором регистров и контроллеров прерываний, а также специальным механизмом, стремящимся оптимизировать работу двух логических процессоров в реальном времени. Т. е. заполняет «дыры», появляющиеся при обработке одних потоков, обсчетом других.

В идеале два логических процессора могут работать более эффективно, чем два физических - теоретический выигрыш в производительности может быть двукратным. На практике удается поднять скорость на 10-25 процентов, что, согласитесь, тоже не так мало. Тем более, выигрыш получается почти на пустом месте. Если точнее - введение механизмов НТ требует увеличения числа транзисторов в ядре процессора на 5 процентов (на столько же увеличивается площадь кристалла). Но выигрыш соизмерим с 30-процентным увеличением кэш-памяти и, соответственно, 30-процентным увеличением числа транзисторов.

Теперь несколько слов о том, что требуется взамен: все-таки за такой прирост производительности пользователю придется чем-то расплатиться. НТ необходима поддержка как со стороны материнской платы, так и со стороны операционной системы. И если с программами все хорошо - технологию поддерживают ОС Windows XP Pro и Windows XP Home Edition, а также ядро Linux 2.4, то старое, уже обкатанное «железо» при переходе на Р4 3,06 с поддержкой НТ во многих случаях придется менять. На сегодняшний день НТ поддерживают все наборы микросхем от Intel с 533-мегагерцовой системной шиной (за исключением чипсета 845G

A-Stepping). Но и для существующих материнских плат на этих чипах придется обновлять BIOS. А новые наборы микросхем Intel (845PE, 845GE и 845GV; все под память DDR333, последний - с интегрированной графической системой Intel Extreme Graphics), конечно, будут поддерживать НТ с самого начала. Проблемы охлаждения более интенсивно работающего процессора не существует - выделение тепла увеличится на несколько процентов, но с его отводом боксовые кулеры будут справляться без труда.

Разумеется, наибольший выигрыш от НТ можно получить на специально оптимизированных приложениях, которые будут свободны от возможных негативных проявлений НТ. Самый известный пример - задача использует пустой цикл, ожидая освобождения какого-либо ресурса; при этом процессор с поддержкой НТ может работать на 20 процентов медленнее, чем простой суперскалярный. А одна из рекомендаций для разработчиков ПО - не использовать циклы ожидания. Вместо них можно воспользоваться командой Pause. Но до появления оптимизированных приложений применение НТ дает очень неплохой выигрыш на программах сегодняшних. Например, Adobe Photoshop и XMPEG with DivX работают на 26 процентов быстрее, а Magix MP3 Maker - на 17 процентов. Уже сегодня можно получить заметный прирост производительности при одновременном запуске нескольких задач - совместная работа MS Outlook и Winzip дает рекордный прирост в 54%, а вместе запущенные MS Word, Adobe Acrobat и VirusScan - 21%.

Дополнительные данные: корпорация Intel считает, что применение НТ будет оправдано только в процессорах, работающих на частоте 3 ГГц и выше. И пока не планируется поддержка НТ в мобильных процессорах. Что касается цены Р4 3,06 ГГц, она не превысит обычной, которую Intel объявляет в момент появления новейших процессоров - 637 долларов при поставках партиями от 1000 штук.