Ինչու՞ են պրոցեսորների արտադրողականությունը մինչ օրս չափում գիգահերցերով

Տակտային հաճախականությունը մնում է պրոցեսորի հզորության ամենահասկանալի և հանրահայտ ցուցանիշներից մեկը: Խանութներում և ակնարկներում մենք հաճախ տեսնում ենք «3,5 ԳՀց» կամ «մինչև 5,2 ԳՀց» և անմիջապես եզրակացություններ ենք անում աշխատանքի արագության մասին: Բայց ինչու՞ հենց հաճախականությունը դարձավ այդպիսի կարևոր կողմնորոշիչ, և որքանո՞վ է այն իրականում որոշում ժամանակակից չիպերի արտադրողականությունը:

Ի՞նչ է տակտային հաճախականությունը

Պատկերացրեք պրոցեսորը որպես մի հոսքագիծ (կոնվեյեր), որով շարժվում են հրահանգները: Որպեսզի հոսքագիծն աշխատի ռիթմիկ, անհրաժեշտ է մետրոնոմ՝ տակտային ազդանշան: Այս մետրոնոմի յուրաքանչյուր «տիկ» մեկ տակտ է: Մեկ տակտի ընթացքում պրոցեսորի միջուկը կարող է կատարել մեկ կամ մի քանի գործողություն:

Տակտային հաճախականությունը վայրկյանում այդպիսի տակտերի քանակն է: Եթե պրոցեսորն աշխատում է 4 ԳՀց հաճախականությամբ, նշանակում է՝ դրա յուրաքանչյուր միջուկ տեսականորեն ընդունակ է վայրկյանում կատարել 4 միլիարդ գործողություն:

Ինչու՞ է հաճախականությունն այդքան կարևոր

Տրամաբանությունը պարզ է. որքան բարձր է հաճախականությունը, այնքան ավելի շատ գործողություն է պրոցեսորը հասցնում կատարել մեկ վայրկյանում: Հենց այդ պատճառով էլ արագացումը (overclocking) մինչ օրս մնում է արտադրողականության բարձրացման հանրահայտ միջոց. բարձրացրին հաճախականությունը, և CPU-ն դարձավ ավելի արագ:

Այնուամենայնիվ, իրականում ամեն ինչ զգալիորեն ավելի բարդ է:

Ինչու՞ միայն հաճախականությունն արդեն բավարար չէ

1. Զուգահեռականություն և բազմամիջուկայնություն Ժամանակակից պրոցեսորները վաղուց սովորել են միաժամանակ կատարել մի քանի գործողություն: Եթե նախկինում մեկ միջուկը կարող էր տակտի ընթացքում կատարել մեկ առաջադրանք, ապա այժմ այնպիսի տեխնոլոգիաների շնորհիվ, ինչպիսին է Simultaneous Multithreading-ը (Intel-ի մոտ՝ Hyper-Threading, իսկ AMD-ի մոտ՝ SMT), մեկ միջուկն ընդունակ է զուգահեռաբար մշակել երկու և ավելի հրահանգ: Իսկ 8, 16 կամ 32 միջուկների առկայությունն էլ ավելի է ուժեղացնում այս էֆեկտը:
2. Միջուկների տարբեր տեսակներ (big.LITTLE) Ժամանակակից չիպերում (հատկապես բջջային և որոշ դեսքթոփային) օգտագործվում են «մեծ»՝ արտադրողական միջուկներ և «փոքր»՝ էներգաարդյունավետ միջուկներ: Մեծերն աշխատում են բարձր հաճախականությամբ և պատասխանատու են ծանր առաջադրանքների համար, իսկ փոքրերը՝ ֆոնային գործընթացների համար: Այդ պատճառով միևնույն առավելագույն հաճախականությամբ երկու պրոցեսոր կարող են ուժգնորեն տարբերվել իրական արագությամբ:
3. Տեխնոլոգիական գործընթաց (տեխպրոցես) Որքան ժամանակակից է տեխպրոցեսը (3 նմ, 2 նմ և այլն), այնքան ավելի կոմպակտ և էներգաարդյունավետ են տրանզիստորները: Ավելի փոքր տեխպրոցեսը թույլ է տալիս կամ բարձրացնել հաճախականությունը նույն էներգասպառման պարագայում, կամ նվազեցնել տաքացումն ու էներգիայի ծախսը նույն հաճախականության դեպքում:
4. Ջերմատվություն և թրոթլինգ Որքան բարձր է հաճախականությունը, այնքան ավելի ուժեղ է տաքանում պրոցեսորը: Կրիտիկական ջերմաստիճանի հասնելիս գործում է պաշտպանությունը՝ թրոթլինգը, և պրոցեսորն ավտոմատ կերպով նվազեցնում է հաճախականությունը: Այդ պատճառով հայտարարված 5+ ԳՀց-ը իրական առաջադրանքներում հաճախ աշխատում է միայն կարճ ժամանակով, իսկ հետո չիպը «խեղդում» է իրեն, որպեսզի չգերտաքանա:

Արդյունք. հաճախականությունը կարևոր, բայց ոչ միակ պարամետրն է

Տակտային հաճախականությունը մինչ օրս մնում է հարմար կողմնորոշիչ, հատկապես միևնույն սերնդի և միևնույն ճարտարապետության պրոցեսորները համեմատելիս: Բայց երբ խոսքը վերաբերում է տարբեր արտադրողների և սերունդների, միայն գիգահերցերին նայելն արդեն բավարար չէ: Իրական արտադրողականությունը կախված է հաճախականության, ճարտարապետության, միջուկների քանակի ու տեսակների, տեխպրոցեսի արդյունավետության և հովացման որակի համակցությունից:

Կարճ ասած

Տակտային հաճախականությունը ցույց է տալիս, թե վայրկյանում քանի գործողություն է ընդունակ կատարել պրոցեսորի միջուկը: Որքան այն բարձր է, այնքան պոտենցիալ առումով ավելի արագ է CPU-ն: Սակայն ժամանակակից պրոցեսորներում արտադրողականության վրա ուժեղ ազդեցություն ունեն բազմամիջուկայնությունը, զուգահեռականությունը, միջուկների տեսակները (մեծ և փոքր), տեխպրոցեսը և ջերմային սահմանափակումները: Այդ պատճառով միևնույն հաճախականությամբ երկու պրոցեսոր կարող են նկատելիորեն տարբերվել աշխատանքի իրական արագությամբ: