15.03.2013

Технология Hyper-Threading появилась в процессорах Intel, страшно сказать, уже больше 10 лет назад. И в данный момент она является важным элементов процессоров Core. Однако вопрос в необходимости HT в играх все еще до конца не понятен. Мы решили провести тест, чтобы понять, нужен ли геймерам Core i7, или лучше обойтись Core i5. А также выяснить насколько Core i3 лучше Pentium.

Hyper-Threading Technology, разработанная компанией Intel, и эксклюзивно используемая в процессорах компании, начиная с достопамятного Pentium 4, в данный момент является чем-то само собой разумеющимся. Ею оснащено значительное число процессоров текущего и предыдущих поколений. Будет она использоваться и в ближайшем будущем.

И необходимо признать, что технология Hyper-Threading полезна, и позитивно влияет на производительность, иначе Intel не стала бы использовать ее для позиционирования своих процессоров внутри линейки. Причем не как второстепенный элемент, а один из важнейших, если не самый важный. Чтобы было понятно, о чем мы говорим, мы подготовили табличку, которая позволяет легко оценить принцип сегментирования процессоров Intel.

Как видите отличий между Pentium и Core i3, а также между Core i5 и Core i7 совсем мало. Фактически модели i3 и i7, отличаются от Pentium и i5 только размером кэша третьего уровня приходящимся на одного ядро (не считая тактовой частоты, конечно). У первой пары это 1,5 мегабайта, а у второй – 2 мегабайта. Это отличие не может коренным образом повлиять на производительность процессоров, так как разница в объеме кэша сильно мала. Именно поэтому Core i3 и Core i7 получили поддержку технологии Hyper-Threading, которая и является главным элементом, позволяющим этим процессорам иметь преимущество в производительности над Pentium и Core i5, соответсвенно.

В итоге чуть больший кэш и поддержка Hyper-Threading позволят выставлять значительно более высокие цены на процессоры. Для примера процессоры линейки Pentium (около 10 тыс. тенге) примерно в два раза дешевле, чем Core i3 (около 20 тыс. тенге), и это притом, что физически, на аппаратном уровне они абсолютно одинаковы, и, соответсвенно, имеют одинаковую себестоимость. Разница в цене между Core i5 (около 30 тыс. тенге) и Core i7 (около 50 тыс. тенге) также очень велика, хоть и меньше двух крат в младших моделях.

Насколько обоснована такая прибавка в цене? Какой реальный прирост дает Hyper-Threading? Ответ давно известен: прирост бывает разный – все зависит от приложения и его оптимизации. Мы решили проверить, что дает HT в играх, как одним из самых требовательных “бытовых” приложений. К тому же данный тест будет отличным дополнением к нашему предыдущему материалу посвященному влиянию количества ядер в процессоре на игровую производительность .

Перед тем как переходить к тестам, давайте вспомним (ну или узнаем), что такое Hyper-Threading Technology. Как высказывалась сама Intel, представляя данную технологию много лет назад, ничего особенно сложного в ней нет. Фактически, все что нужно для внесения HT на физическом уровне – это добавление к одному физическому ядру не одного набора регистров и контроллера прерываний, а двух. В процессорах Pentium 4 эти дополнительные элементы увеличивали количество транзисторов всего на пять процентов. В современных ядрах Ivy Bridge (равно как и в Sandy Bridge, и будущем Haswell) дополнительные элементы даже для четырех ядер не увеличивают кристалл даже на 1 процент.

Дополнительные регистры и контроллер прерываний, вкупе с программной поддержкой позволяют операционной системе видеть не одно физическое ядро, а два логических. При этом обработка данных двух потоков, которые отправляются системой все также идет на одном ядре, но с некоторыми особенностями. В распоряжении одного потока все также остается весь процессор, но как только какие-то блоки CPU освобождаются и простаивают, то они тут, же отдаются в распоряжение второго потока. Благодаря этому удалось задействовать все блоки процессора одновременно, и тем самым увеличить его эффективность. Как заявляла сама Intel, прирост производительности в идеальных условиях может доходить до 30 процентов. Правда, данные показатели верны только для Pentium 4 с его очень длинным конвейером, у современных процессоров выгода от HT меньше.

Но идеальные условия для Hyper-Threading бывают далеко не всегда. И что самое важное – худший результат работы HT – это не отсутствие прироста производительности, а ее снижение. То есть при определенных условиях, производительность процессора с HT будет падать относительно процессора без HT из-за того, что накладные расходы на разделение потоков и организацию очереди будут значительно превышать прирост от обсчета параллельных потоков, который возможен в данном конкретном случае. И такие случаи встречаются гораздо чаще, чем хотелось бы Intel. Причем многие годы использования Hyper-Threading не улучшили ситуацию. Особенно это касается игр, весьма сложных и отнюдь нешаблонных с точки зрения обсчета данных, приложений.

Для того чтобы выяснить влияние Hyper-Threading на игровую производительность, мы вновь использовали наш многострадальный тестовый процессор Core i7-2700K, и симулировали с помощью отключения ядер и включения/выключения HT, сразу четыре процессора. Условно их можно назвать Pentium (2 ядра, HT выключен), Core i3 (2 ядра, HT включен), Core i5 (4 ядра, HT выключен), и Core i7 (4 ядра, HT включен). Почему условно? Прежде всего, потому, что по некоторым характеристикам они не соответствуют реальным продуктам. В частности отключение ядер не ведет к соответствующему урезанию объема кэша третьего уровня – его объем для всех равен 8 мегабайтам. А, кроме того, все наши “условные” процессоры работают на одинаковой частоте 3,5 гигагерца, которая пока достигнута не всеми процессорами линейки Intel.

Впрочем, это даже к лучшему, так как благодаря неизменности всех важных параметров мы сможем выяснить реальное влияние Hyper-Threading на игровую производительность без каких-либо оговорок. Да и процентная разница в производительности между нашими “условными” Pentium и Core i3 будет близка к разнице между реальными процессорами при условии равных частот. Также не должно смущать то, что мы используем процессор с архитектурой Sandy Bridge, так как наши тесты эффективности, о которых вы можете прочитать в статье “Голая производительность - Исследуем эффективность ALU и FPU ”, показали, что влияние Hyper-Threading в последних поколениях процессоров Core остается неизменным. Скорее всего, актуальным данный материал окажется и для грядущих процессоров Haswell.

Ну что же, вроде все вопросы относительно методики тестирования, а также особенностей функционирования Hyper-Threading Technology обсуждены, а потому пора переходить к самому интересному – тестам.

Еще в тесте, в котором мы изучали влияние количества процессорных ядер на игровую производительность, мы выяснили, что 3DMark 11 совершенно спокойно относится к производительности CPU, отлично работая даже на одном ядре. Такое же “мощное” влияние оказал и Hyper-Threading. Как видите, тест абсолютно не замечает различий между Pentium и Core i7, не говоря уже о промежуточных моделях.

Metro 2033

А вот Metro 2033 явно заметила появление Hyper-Threading. И отреагировала на него негативно! Да, именно так: включение HT в данной игре оказывает негативное влияние на производительность. Небольшое влияние, конечно – 0,5 кадра в секунду при четырех физических ядрах, и 0,7 при двух. Но этот факт дает все основания заявить, что в Metro 2033 Pentium быстрее, чем Core i3, а Core i5 лучше, чем Core i7. Вот оно подтверждение того факта, что Hyper-Threading показывает свою эффективность не всегда и не везде.

Crysis 2

Эта игра показала очень интересные результаты. Прежде всего, отметим, что влияние Hyper-Threading хорошо заметно в двуядерных процессорах – Core i3 опередил Pentium почти на 9 процентов, что для этой игры совсем немало. Победа HT и Intel? Не совсем, так как Core i7 не показал никакого прироста относительно заметно более дешевого Core i5. Но этому есть разумное объяснение – Crysis 2 не умеет использовать больше четырех потоков данных. Из-за этого мы видим хороший прирост у двуядерника с HT – все же лучше четыре потока, хоть и логических, чем два. С другой стороны, дополнительные потоки Core i7 девать уже было некуда, там вполне хватало четырех физических ядер. Так что по результатам данного теста можно отметить положительное влияние HT в Core i3, который здесь заметно лучше Pentium. А вот среди четырехядерников Core i5 вновь выглядит более разумным решением.

Battlefield 3

Здесь результаты очень странные. Если в тесте на количество ядер, battlefield был образцом микроскопического, но линейного прироста, то включение Hyper-Threading внесло в результаты хаос. По факту можно констатировать, что Core i3, со своими двумя ядрами и HT оказался лучшим из всех, опередив даже Core i5 и Core i7. Странно, конечно, но, в то же время, Core i5 и Core i7 вновь оказались на одном уровне. Чем это объясняется не ясно. Скорее всего тут сыграла свою роль методика тестирования в этой игре, которая дает большие погрешности, нежели стандартные бенчмарки.

В прошлом тесте F1 2011 проявила себя как одна из игр, очень критично относящихся к количеству ядер, а в этом вновь удивила отменным влиянием на производительность технологии Hyper-Threading. Причем вновь, как и в Crysis 2, очень хорошо включение HT показало себя на двуядерных процессорах. Посмотрите на разницу между нашими условными Core i3 и Pentium – она более чем двукратная! Явно видно, что игре очень сильно не хватает двух ядер, и при этом ее код так хорошо распараллеливается, что эффект получился потрясающим. С другой стороны, против четырех физических ядер не попрешь – Core i5 заметно быстрее Core i3. А вот Core i7, вновь, как и в предыдущих играх не показал ничего выдающегося на фоне Core i5. Причина все та же – игра не умеет использовать больше 4 потоков, а накладные расходы на работу HT снижают производительность Core i7 ниже уровня Core i5.

Старому вояке Hyper-Threading не нужнее, чем ежу футболка – его влияние отнюдь не так ярко заметно как в F1 2011 или Crysis 2. При этом все же отметим, что 1 лишний кадр включение HT на двуядерном процессоре принесло. Этого конечно маловато, чтобы сказать, что Core i3 лучше, чем Pentium. По крайней мере, это улучшение явно не соответствует разнице в цене этих процессоров. А уж о разнице в цене между Core i5 и Core i7 даже вспоминать не стоит, так как процессор без поддержки HT вновь оказался быстрее. Причем заметно быстрее – на 7 процентов. Как ни крути, а вновь констатируем факт, что четыре потока это максимум для этой игры, а потому HyperThreading в данном случае не помогает Core i7, а мешает.

Сегодня я решил осветить тему целесообразности покупки процессоров с Hyper-Threading (Гипер Трейдингом) для игр.

Первое, что следует отметить — однозначного ответа на поставленный вопрос быть не может. Для кого-то Hyper-Threading необходимость, а для кого-то будет ненужной тратой денег. Я разберу оба варианта и после прочтения статьи (я надеюсь) каждый самостоятельно сможет оценить, какой из этих случаев его и соответственно сделает ВЗВЕШЕННЫЕ выводы о целесообразности покупки процессора с Hyper-Threading-ом именно для себя.

Hyper-Threading подразумевает разделение обработки данных ядром процессора на 2 параллельных потока. Суть хорошо передана следующей цитатой:

Когда при исполнении потока одним из логических процессоров возникает пауза (в результате кэш-промаха , ошибки предсказания ветвлений , ожидания результата предыдущей инструкции), то управление передаётся потоку в другом логическом процессоре. Таким образом, пока один процесс ожидает, например, данные из памяти, вычислительные ресурсы физического процессора используются для обработки другого процесса.

Приложения, в которых Hyper-Threading НЕ нужен.

Hyper-Threading НЕ нужен, для :

• 90% компьютерных игр, как современных, так и тех, которые выйдут в течении ближайших лет;
• офисных приложений.

Обоснование ненужности Hyper-Threading-a.

Hyper-Threading имеет серьезный разброс прироста производительности от 0% (т.е. полной бесполезности) до 30% (что весьма ощутим) который зависит от следующих факторов:

1. Оптимизация отдельно взятого приложения под работу с 8 и более потоками.

Если приложение не оптимизировано под 8 потоков, то в нем Hyper-Threading не даст никаких преимуществ.

В отдельных случаях попытки «необученного» софта работать с 8 ядрами и вовсе выливаются в то, что 8-ми поточный процессор показывает худший результат чем его «младший брат» без Hyper-Threading-а.

2. Процент загрузки процессора

Чем выше процент загрузки процессора, тем ощутимее влияние Hyper-Threading-а. И наоборот — при низкой загрузке вы не заметите его влияния.

Исходя из этих данных можно сделать вывод, что Hyper-Threading НЕ нужен для :

• 90% компьютерных игр, современных и тех, которые выйдут в течении ближайших лет. Они не обеспечивают достаточной нагрузки на процессор;
• офисных приложений.

Где Hyper-Threading НУЖЕН?

• Бесспорна польза Hyper-Threading-а в 3Д Максе и в других проф. приложениях. В моих экспериментах эта технология уменьшала время рендеринга на 30%;
• Hyper-Threading так же полезен и для 10% ТОПОВЫХ современных компьютерных игр (таких как Crysis 3), а так же подобных игр, которые выйдут в будущем.

Дополнительные доводы в пользу Hyper-Threading-а для игр

Несмотря на то, что сегодня на PC существует действительно мало игр, оптимизированных на 8 потоков я все же считаю, что в покупке i7 с 8 потоками есть смысл, особенно с прицелом на будущее.

Во-первых игровые компьютеры в моем понимании должны ориентироваться не на большинство игр, а на лучшие игры. А по факту уже сегодня есть игры оптимизированные на 8 потоков и обеспечивающие 70+% загрузки ЦП.

Во-вторых можно ожидать только улучшения игр и как следствие увеличение их требовательности к ЦП. Особенно принимая во внимание тот факт, что на консолях УЖЕ 8 ядер и это следует воспринимать как «планку» игровых систем на ближайшие годы.

Отмечу, что в данном случае речь идет не о домыслах отдельного блогера, а о прогнозах двух команд лучших профессионалов, которые работают над такими платформами, как PS и XBox.

В-третьих процессор стареет в 2-3 раза медленнее видеокарты. Этот факт позволяет заменить видеокарту, скажем через год-другой и таким образом получить возможность наслаждаться новыми актуальными играми. Но это возможно только в том, случае, если процессор потянет одновременно и новую видеокарту и новую игру. В противном случае, он станет лимитирующим звеном и не позволит проявить весь потенциал видеокарты в какой-то конкретной, требовательной к процессору игре.

Принимая в расчет все три пункта, покупка процессора с Hyper-Threading-ом выглядит весьма разумным решением для игровых компьютеров.

В сети встречается информация о бесполезности Гиперт-Трейдинга в принципе.

От себя я решил провести мини-тест, рендер небольшой сцены с включенным и выключенным Гипер-Трейдингом.

Итак сначала Гипер трейдинг выключен. Время рендеринга 188 сек.

Включаем. Время рендеринга уменьшается до 151 сек.

Было время, когда понадобилось оценить производительность памяти в контексте технологии Hyper-threading . Мы пришли к выводу, что ее влияние не всегда позитивно. Когда появился квант свободного времени, возникло желание продолжить исследования и рассмотреть происходящие процессы с точностью до машинных тактов и битов, используя программное обеспечение собственной разработки.

Исследуемая платформа

Объект экспериментов – ноутбук ASUS N750JK c процессором Intel Core i7-4700HQ. Тактовая частота 2.4GHz, повышаемая в режиме Intel Turbo Boost до 3.4GHz. Установлено 16 гигабайт оперативной памяти DDR3-1600 (PC3-12800), работающей в двухканальном режиме. Операционная система – Microsoft Windows 8.1 64 бита.

Рис.1 Конфигурация исследуемой платформы.

Процессор исследуемой платформы содержит 4 ядра, что при включении технологии Hyper-Threading обеспечивает аппаратную поддержку 8 потоков или логических процессоров. Эту информацию Firmware платформы передает операционной системе посредством ACPI-таблицы MADT (Multiple APIC Description Table). Поскольку платформа содержит только один контроллер оперативной памяти, таблица SRAT (System Resource Affinity Table), декларирующая приближенность процессорных ядер к контроллерам памяти, отсутствует. Очевидно, исследуемый ноутбук не является NUMA-платформой , но операционная система, в целях унификации, рассматривает его как NUMA-систему с одним доменом, о чем говорит строка NUMA Nodes = 1. Факт, принципиальный для наших экспериментов – кэш память данных первого уровня имеет размер 32 килобайта на каждое из четырех ядер. Два логических процессора, разделяющие одно ядро, используют кэш-память первого и второго уровней совместно.

Исследуемая операция

Исследовать будем зависимость скорости чтения блока данных от его размера. Для этого выберем наиболее производительный метод, а именно чтение 256-битных операндов посредством AVX-инструкции VMOVAPD. На графиках по оси X отложен размер блока, по оси Y – скорость чтения. В окрестности точки X, соответствующей размеру кэш-памяти первого уровня, ожидаем увидеть точку перегиба, поскольку производительность должна упасть после того, как обрабатываемый блок выйдет за пределы кэш-памяти. В нашем тесте, в случае многопоточной обработки, каждый из 16 инициируемых потоков, работает с отдельным диапазоном адресов. Для управления технологией Hyper-Threading в рамках приложения, в каждом из потоков используется API-функция SetThreadAffinityMask, задающая маску, в которой каждому логическому процессору соответствует один бит. Единичное значение бита разрешает использовать заданный процессор заданным потоком, нулевое значение – запрещает. Для 8 логических процессоров исследуемой платформы, маска 11111111b разрешает использовать все процессоры (Hyper-Threading включен), маска 01010101b разрешает использовать по одному логическому процессору в каждом ядре (Hyper-Threading выключен).

На графиках используются следующие сокращения:

MBPS (Megabytes per Second) – скорость чтения блока в мегабайтах в секунду ;

CPI (Clocks per Instruction) – количество тактов на инструкцию ;

TSC (Time Stamp Counter) – счетчик процессорных тактов .

Примечание.Тактовая частота регистра TSC может не соответствовать тактовой частоте процессора при работе в режиме Turbo Boost. Это необходимо учитывать при интерпретации результатов.

В правой части графиков визуализируется шестнадцатеричный дамп инструкций, составляющих тело цикла целевой операции, выполняемой в каждом из программных потоков, или первые 128 байт этого кода.

Опыт №1. Один поток

Рис.2 Чтение одним потоком

Максимальная скорость 213563 мегабайт в секунду. Точка перегиба имеет место при размере блока около 32 килобайт.

Опыт №2. 16 потоков на 4 процессора, Hyper-Threading выключен

Рис.3 Чтение шестнадцатью потоками. Количество используемых логических процессоров равно четырем

Hyper-Threading выключен. Максимальная скорость 797598 мегабайт в секунду. Точка перегиба имеет место при размере блока около 32 килобайт. Как и ожидалось, по сравнению с чтением одним потоком, скорость выросла приблизительно в 4 раза, по количеству работающих ядер.

Опыт №3. 16 потоков на 8 процессоров, Hyper-Threading включен

Рис.4 Чтение шестнадцатью потоками. Количество используемых логических процессоров равно восьми

Hyper-Threading включен. Максимальная скорость 800722 мегабайт в секунду, в результате включения Hyper-Threading почти не выросла. Большой минус – точка перегиба имеет место при размере блока около 16 килобайт. Включение Hyper-Threading немного увеличило максимальную скорость, но падение скорости теперь наступает при вдвое меньшем размере блока – около 16 килобайт, поэтому существенно упала средняя скорость. Это не удивительно, каждое ядро имеет собственную кэш-память первого уровня, в то время, как логические процессоры одного ядра, используют ее совместно.

Выводы

Исследованная операция достаточно хорошо масштабируется на многоядерном процессоре. Причины – каждое из ядер содержит собственную кэш-память первого и второго уровней, размер целевого блока сопоставим с размером кэш-памяти, и каждый из потоков работает со своим диапазоном адресов. В академических целях мы создали такие условия в синтетическом тесте, понимая, что реальные приложения обычно далеки от идеальной оптимизации. А вот включение Hyper-Threading, даже в этих условиях дало негативный эффект, при небольшой прибавке пиковой скорости, имеет место существенный проигрыш в скорости обработки блоков, размер которых находится в диапазоне от 16 до 32 килобайт.

Пользователи, которые хоть раз занимались настройкой BIOS, уже вероятно замечали, что там встречается непонятный многим параметр Intel Hyper Threading. Многие не знают, что это за технология и с какой целью она используется. Попробуем разобраться, что собой представляет Hyper Threading и как можно включить использование этой поддержки. Также постараемся разобраться, какие преимущества для работы компьютера дает данная настройка. Здесь в принципе нет ничего сложного для понимания.

Intel Hyper Threading: что это такое?
Если не лезть глубоко в дебри компьютерной терминологии, а выражаться простым языком, то данная технология была разработана для того, чтобы увеличить поток команд, обрабатываемых одновременно центральным процессором. Современные процессорные чипы, как правило, используют имеющиеся вычислительные возможности всего на 70%. Остальное остается, так сказать, про запас. Что же касается обработки потока данных, то в большинстве случаев используется всего один поток, несмотря на то, что в системе применяется многоядерный процессор.

Основные принципы работы
Для того чтобы увеличить возможности центрального процессора, была разработана специальная технология Hyper Threading. Данная технология позволяет легко разбивать один поток команд на два. Также существует возможность добавлять второй поток к уже имеющемуся. Только такой поток является виртуальным и не работает на физическом уровне. Такой подход позволяет существенно увеличить производительность процессора. Вся система, соответственно, начинает работать быстрее. Прирост производительности центрального процессора может достаточно сильно колебаться. Об этом речь еще пойдет отдельно. Однако сами разработчики технологии Hyper Threading утверждают, что до полноценного ядра она не дотягивает. В некоторых случаях использование данной технологии является оправданным на все сто. Если знать суть процессоров Hyper Threading, то результат не заставит долго ждать.

Историческая справка
Окунемся немного в историю данной разработки. Поддержка Hyper Threading впервые появилась только в процессорах Intel Pentium 4. Позже реализация данной технологии была продолжена в серии Intel Core iX (X здесь обозначает серии процессоров). Стоит отметить, что в линейке процессорных чипов Core 2 она по какой-то причине отсутствует. Правда, тогда прирост производительности был довольно слабым: где-то на уровне 15-20%. Это говорило о том, что процессор не обладал необходимой вычислительной мощностью, а созданная технология практически обогнала свое время. Сегодня поддержка технологии Hyper Threading имеется уже практически во всех современных чипах. Для увеличения мощности центрального процессора сам процесс использует всего 5% поверхности кристалла, оставляя при этом место для обработки команд и данных.

Вопрос конфликтов и производительности
Все это конечно хорошо, но при обработке данных в некоторых случаях может наблюдаться замедление работы. Это по большей части связано с так называемым модулем предсказания ветвления и недостаточным объемом кэша, когда осуществляется его постоянная перезагрузка. Если же говорить об основном модуле, то в данном случае ситуация складывается так, что в некоторых случаях первый поток может потребовать данные из второго, которые могут в этот момент оказаться не обработаны или находятся в очереди на обработку. Также не менее распространенными являются ситуации, когда ядро центрального процессора имеет очень серьезную нагрузку, а основной модуль несмотря на это, продолжает посылать не него данные. Некоторые программы и приложения, например, ресурсоемкие онлайн-игры, могут серьезно притормаживать только по тому, что в них отсутствует оптимизация под применение технологии Hyper Threading. Что же получается с играми? Пользовательская компьютерная система со своей стороны пытается оптимизировать потоки данных из приложения на сервере. Проблема в том, что игра не умеет самостоятельно распределять потоки данных, сваливая все в одну кучу. По большому счету, она может быть просто не рассчитана на это. Иногда в двухядерных процессорах рост производительности получается существенно выше, чем в 4-ядерных. Просто у последних не хватает вычислительной мощности.

Как включить Hyper Threading в BIOS?
Мы уже немного разобрались с тем, что собой представляет технология Hyper Threading, и познакомились с историей ее развития. Мы вплотную подобрались к пониманию того, что собой представляет технология Hyper Threading. Как активировать данную технологию для использования в работе процессора? Здесь все делается достаточно просто. Необходимо использовать подсистему управления BIOS. Вход в подсистему осуществляется при использовании клавиш Del, F1, F2, F3, F8, F12, F2+Del и т.д. Если вы используете ноутбук Sony Vaio, то для них предусмотрен специфичный вход при использовании специализированной клавиши ASSIST. В настройках BIOS, если используемый вами процессор поддерживает технологию Hyper Threading, должна иметься специальная строка настройка. В большинстве случаев она выглядит как Hyper Threading Technology, а иногда – как Function. В зависимости от разработчика подсистемы и версии BIOS, настройка данного параметра может содержаться либо в главном меню, либо в расширенных настройках. Чтобы задействовать данную технологию, необходимо войти в меню параметров и установить значение на Enabled. После этого необходимо сохранить выполненные изменения и осуществить перезагрузку системы.

Чем полезна технология Hyper Threading?
В заключение хотелось бы говорить о преимуществах, которые дает использование технологии Hyper Threading. Для чего все это нужно? Зачем необходимо увеличить мощность процессора при обработке информации? Тем пользователям, которые работают с ресурсоемкими приложениями и программами, ничего объяснять не нужно. Многие наверняка знают, что графические, математические, проектировочные пакеты программ в процессе работы требуют очень много системных ресурсов. Из-за этого вся система нагружается настолько, что начинает жутко тормозить. Чтобы этого не происходило, рекомендуется активировать поддержку Hyper Threading.

Если вы внимательно просматривали содержимое BIOS Setup, то вы вполне могли заметить там опцию CPU Hyper Threading Technology. И возможно, задавались вопросом, что же такое Hyper Threading(Сверехпоточность или гиперпоточность, официальное название - Hyper Threading Technology, HTT), и для чего нужна данная опция.

Hyper Threading – это сравнительно новая технология, разработанная компанией Intel для процессоров архитектуры Pentium. Как показала практика, использование технологии Hyper Threading позволило во многих случаях увеличить производительность CPU приблизительно на 20-30%.

Тут нужно вспомнить, как же вообще работает центральный процессор компьютера. Стоит вам включить компьютер и запустить на нем какую-либо программу, как CPU начинает читать содержащиеся в ней инструкции, записанные в так называемом машинном коде. Он поочередно читает каждую инструкцию и выполняет их одну за другой.

Однако многие программы имеют сразу несколько одновременно выполняющихся программных процессов. Кроме того, современные операционные системы позволяют пользователю иметь сразу несколько запущенных программ. И не просто позволяют – на самом деле, ситуация, когда в операционной системе выполняется один-единственный процесс, на сегодняшний день совершенно немыслима. Поэтому процессоры, разработанные по старым технологиям, имели низкую производительность в тех случаях, когда требовалось обрабатывать сразу несколько одновременных процессов.

Разумеется, для того чтобы решить эту проблему, можно включить в состав системы сразу несколько процессоров или процессоров, использующих несколько физических вычислительных ядер. Но такое усовершенствование получается дорогим, технически сложным и не всегда эффективным с практической точки зрения.

История разработки

Поэтому было принято решение создать такую технологию, которая позволяла бы обрабатывать несколько процессов на одном физическом ядре. При этом для программ дело будет внешне выглядеть так, как будто в системе существует сразу несколько процессорных ядер.

Поддержка технологии Hyper Threading впервые появилась в процессорах в 2002 году. Это были процессоры семейства Pentium 4 и серверные процессоры Xeon с тактовой частотой выше 2 ГГц. Первоначально технология носила кодовое название Jackson, но потом ее название сменилось на более понятное для широкой публики Hyper Threading – что можно перевести примерно как «сверхпоточность».

При этом, по утверждению Intel, поверхность кристалла процессора, поддерживающего Hyper Threading, увеличилась по сравнению с предшествующей моделью, ее не поддерживающей, всего на 5% при увеличении производительности в среднем на 20%.

Несмотря на то, что технология в целом хорошо себя зарекомендовала, тем не менее, по ряду причин корпорация Intel решила отключить технологию Hyper Threading в сменивших Pentium 4 процессорах семейства Core 2. Hyper Threading, однако, позже снова появилась в процессорах архитектур Sandy Bridge, Ivy Bridge и Haswell, будучи в них существенно переработанной.

Суть технологии

Понимание технологии Hyper Threading важно, поскольку она является одной из ключевых функций в процессорах Intel.

Несмотря на все успехи, которые были достигнуты процессорами, у них есть один существенный недостаток – они могут исполнять лишь одну инструкцию одновременно. Допустим, что вы запустили одновременно такие приложения, как текстовый редактор, браузер и Skype. С точки зрения пользователя, это программное окружение можно назвать многозадачным, однако, с точки зрения процессора это далеко не так. Ядро процессора будет выполнять по-прежнему одну инструкцию за определенный промежуток времени. При этом в задачу процессора входит распределение ресурсов процессорного времени между отдельными приложениями. Поскольку это последовательное выполнение инструкций происходит чрезвычайно быстро, вы этого не замечаете. И вам кажется, что никакой задержки не существует.

Но задержка все-таки есть. Задержка появляется из-за способа снабжения процессора данными каждой из программ. Каждый поток данных должен поступать в определенное время и обрабатываться процессором индивидуально. Технология Hyper Threading делает возможным каждому ядру процессора планировать обработку данных и распределять ресурсы одновременно для двух потоков.

Следует отметить, что в ядре современных процессоров существует сразу несколько так называемых исполнительных устройств, каждое из которых предназначено для выполнения определенной операции над данными. При этом некоторая часть этих исполнительных устройств во время обработки данных одного потока может простаивать.

Чтобы понять эту ситуацию, можно привести аналогию с рабочими, работающими в сборочном цехе на конвейере и обрабатывающими разнотипные детали. Каждый рабочий снабжен определенным инструментом, предназначенным для выполнения какой-либо задачи. Однако если детали поступают в неправильной последовательности, то случаются задержки – потому, что часть рабочих ждет своей очереди, чтобы начать работу. Hyper Threading можно сравнить с дополнительной лентой конвейера, которую проложили в цехе для того, чтобы простаивающие раньше рабочие выполняли бы свои операции независимо от других. Цех по-прежнему остался один, но детали обрабатываются более быстро и эффективно, поэтому сокращается время простоя. Таким образом, Hyper Threading позволила включить в работу те исполнительные устройства процессора, которые простаивали во время выполнения инструкций из одного потока.

Стоит вам включить компьютер с двуядерным процессором, поддерживающим Hyper Threading и открыть Windows Task Manager (Диспетчер задач) на вкладке Performance (Быстродействие), как вы обнаружите в нем четыре графика. Но это отнюдь не означает, что на самом деле у вас 4 ядра процессора.

Это происходит потому, что Windows считает, что у каждого ядра есть по два логических процессора. Термин «логический процессор» звучит забавно, но он означает процессор, которого физически не существует. Windows может посылать потоки данных к каждому логическому процессору, но на самом деле выполняет работу только одно ядро. Поэтому одно ядро с технологией Hyper Threading существенно отличается от раздельных физических ядер.

Для работы технологии Hyper Threading требуется ее поддержка со стороны следующих аппаратных и программных средств:

• Процессор
• Чипсет материнской платы
• Операционная система

Преимущества технологии

Теперь рассмотрим следующий вопрос – насколько все же технология Hyper Threading увеличивает производительность компьютера? В повседневных задачах, таких, как Интернет-серфинг и набор текстов, преимущества технологии не столь очевидны. Однако следует иметь в виду, что сегодняшние процессоры настолько мощны, что повседневные задачи редко загружают процессор полностью. Кроме того, многое зависит еще и от того, как написано программное обеспечение. У вас может быть запущено сразу несколько программ, однако, посмотрев на график загрузки, вы увидите, что используется только один логический процессор на ядро. Это происходит потому, что программное обеспечение не поддерживает распределение процессов между ядрами.

Однако в более сложных задачах Hyper Threading может быть более полезной. Такие приложения, как программы для трехмерного моделирования, трехмерные игры, программы кодирования/декодирования музыки или видео и многие научные приложения написаны таким образом, чтобы максимально использовать многопоточность. Поэтому вы можете ощутить преимущества быстродействия компьютера с функцией Hyper Threading, играя в сложные игры, слушая музыку или просматривая фильмы. Повышение производительности может при этом достигать 30%, хотя могут случаться и такие ситуации, когда Hyper Threading не дает преимущества вовсе. Иногда, в том случае, если оба потока загружают все исполнительные устройства процессора одинаковыми заданиями, может даже наблюдаться и некоторое снижение производительности.

Возвращаясь к наличию в BIOS Setup соответствующей опции, позволяющей установить параметры Hyper Threading, то в большинстве случаев рекомендуется включить данную функцию. Впрочем, вы всегда сможете ее отключить, если окажется, что компьютер работает с ошибками или даже имеет меньшую производительность, чем вы ожидали.

Заключение

Поскольку максимальное повышение производительности при использовании Hyper Threading составляет 30%, то нельзя сказать, что технология эквивалентна удвоению количества ядер процессора. Тем не менее, Hyper Threading – это полезная опция, и вам, как владельцу компьютера, она не помешает. Ее преимущество особо заметно, например, в таких случаях, когда вы редактируете мультимедиа-файлы или используете компьютер в качестве рабочей станции для таких профессиональных программ, как Photoshop или Maya.