Viac jadier, viac výkonu?

Ľudové porekadlo hovorí, viac hláv, viac rozumu. Platí to však aj o procesoroch? Je výkon procesora naozaj väčší a dokáže spracovať viac úloh, ak má viac jadier? Jednoducho povedané, znamená viacjadrový procesor aj viac výkonu? To je hypotéza, ktorú sa pokúsime tento mesiac potvrdiť alebo vyvrátiť. Téma viacerých jadier by pomaly mohla zabrať celý časopis a dlhé hodiny diskusií. My vám poskytne všetky dostupné fakty a je už na vás, čo z toho si zoberiete.

Viacjadrové CPU od roku 2005

Písal sa rok 2005, keď na trh prišli prvé dvojjadrové CPU pre desktopy, ale aj notebooky. Po viac ako ôsmich rokoch od tejto udalosti sa trh dostáva do situácie, keď mu jasne dominuje Intel. To však platí na poli desktopov a notebookov. V mobilných zariadeniach hrajú zatiaľ prím výrobcovia ako Qualcomm či NVIDIA. V čase, keď o viacjadrových procesoroch nikto nič nepočul, spracúval procesor (CPU) programy, resp. inštrukcie postupne (sekvenčne), teda príkaz po príkaze. Tak ako úlohy prichádzali, boli aj spracúvané.

Tu bola logika pomerne jednoduchá - čím vyšší takt procesora, tým vyšší bol aj jeho výkon. No pretože zvyšovanie taktu má svoje fyzické hranice (najmä z dôvodu tepelných emisií), vydali sa výrobcovia mikročipov úplne inou cestou. Viacjadrové procesory, schopné spracovať niekoľko výpočtových vlákien, otvorili svet paralelných výpočtov. Programátorom sa však veľmi nechcelo do tohto sveta a ani dnes to nie je ružové. Čudovali by ste sa, koľko moderných hier podporuje iba dve či maximálne štyri jadrá CPU.

Dve jadrá s rovnakým taktom pod „jednou strechou" však neznamenajú dvojnásobný výkon, zato znamenajú dvojnásobné nároky na napájanie. Časom sa aj tento problém podarilo sčasti vyriešiť, na trhu sa objavili optimalizačné technológie schopné vypínať tranzistory v jadrách, celé jadrá či pamäte cache. Výsledkom tak môže byť päťjadrový procesor v tablete, ktorého prvé jadro slúži na synchronizáciu úloh a workloadu. Ale aj osemjadrový procesor pre hráčov.

Základ procesora

Počas jedného kmitu vykoná procesor jednu operáciu. Ak je schopný pracovať s vyššou frekvenciou týchto hodinových kmitov, vykoná za jednu časovú jednotku viac operácií, a teda bude vykazovať vyšší výkon v porovnaní s rovnakým procesorom nižšieho taktu.

Ak pridáme druhé, tretie či štvrté výpočtové jadro, mali by sme sa dostať k dvoj-, troj- či štvornásobnému výkonu. Tu však nastáva problém, pretože prax hovorí, že dvojjadrový procesor s trochu vyšším taktom môže mať vyšší výkon ako štvorjadrový procesor s trochu nižším taktom. Hráči by vám vedeli rozprávať.

Porovnanie jednojadrových, dvojjadrových a štvorjjadrových procesorov pri rôznych scenároch každodenného využitia - nárast výkonu dvojjadra oproti jednému jadru je zrejmý, o štvorjadre však rozhodne nemožno povedať, že by ponúkol zdvojnásobenie výkonu

Problém spočíva v distribúciu úloh, paralelnom spracovaní výpočtov - jednoducho záleží na tom, ako je program napísaný. Multijadrovosť, resp. skôr multivláknovosť (dvojjadrový procesor môže byť schopný spracúvať štyri výpočtové vlákna, štvorjadrový potom aj osem) musí byť podporovaná aj na strane ovládačov a softvéru.

Je hlavne na programátoroch (napr. hier), či dokážu využiť potenciál všetkých jadier a výpočtových vlákien. Niektoré úlohy (napr. matematické výpočty) totiž nie sú výpočtovo vhodné na paralelné spracúvanie, niektoré zase sú na to ideálne (rendering, encoding). Základ úspechu viacjadrových procesorov spočíva v tom, ako dokáže daný program rozdeliť úlohu na menšie podúlohy a distribuovať ich procesoru.

Takto vyzerá bližší pohľad dovnútra štvorjadrového procesora Intel Core i7 - výkon, o ktorom sme pred pár rokmi ani nesnívali v klasických desktopoch, je dnes bežne dostupný (aj cenovo) v notebookoch

Trocha benchmarkov

Na stránke http://www.cpubenchmark.net/laptop.html si môžete porovnať výkony notebookových procesorov, ktoré sa aktualizujú takmer každý deň. Na hlavnej stránke nájdete aj porovnanie desktopových procesorov, jednojadrových, viacjadrových a s množstvom ďalších filtrov.

Dôležitý je však tento fakt: v notebookoch je prvých 20 procesorov v rebríčku štvorjadrových, až potom prichádzajú prvé dvojjadrové modely. Benchmarky simulujú všetky možné náplne práce procesora. Na druhej strane server bit-tech.net priniesol už dávnejšie porovnanie množstva jadier k výslednému FPS v niektorých hrách. Crysis, Battlefield či Colin McRae - žiadna z týchto hier neposkytuje vyšší FPS pri použití štvorjadrového procesora v porovnaní s dvojjadrovým, prípadne je nárast len minimálny.

Takto vyzerá zaťaženie 8-jadrového procesora pri hre so strednými nastaveniami, aktuálne cez 40 FPS a priemerným využitím celej CPU na 30 %; do práce je zapojených všetkých 8 jadier

Každodenný život

Benchmark je jeden extrém, pretože ide o syntetický test. Herný priemysel je druhý extrém, pretože má úplne iné požiadavky na výpočtové jednotky. V každodennom živote však platia iné pravidlá. Procesor s väčším počtom jadier bude vždy rýchlejší pri paralelnej práci s viac programami.

V prípade, že používate najmä jeden program, ten musí byť optimalizovaný na prácu s viacerými jadrami, to však ani v roku 2013 nie je úplná samozrejmosť. Ostatné nevyužité jadrá zase plytvajú cennou energiou. V priemerne by sme mohli povedať, že dvojjadro môže mať v bežnom živote dokonca lepší výkon ako štvorjadro. No pri správnom využití všetkých jadier (softvér, ovládače) je pravda, že viac jadier znamená viac výkonu.