מספר הליבות קופץ אבל כוח העיבוד נותר זהה - למה?

מעבד כפול, מרובע או מתומן ליבות זה ממש נחמד, אבל למה כוח העיבוד נותר כמעט וזהה? עושים סדר בבלאגן

Intel i7

מאת צביקה ליאור, מנכ"ל משותף של חברת EIM ESC, מתמחה במחשוב על ופתרונות אחסון במשך למעלה מעשרים שנה.

משתמשים נלהבים רבים מכל הסוגים חיכו להשקה של סדרת מעבדי i7 סדרה 6000 כדי לראות אם סוף סוף התדר המקסימלי של מעבדי אינטל יעשה קפיצת מדרגה.

התדר הפנימי למעשה מגדיר את המהירות בה המעבד מבצע פעולות דיגיטליות מסוגים שונים (כיום ניתן לבצע מספר פעולות במקביל). המעבדים הראשונים עבדו בתדר של 4700 הרץ, 4.7 מגה הרץ  (כלומר, 4700 פעולות בשנייה). הדור העוקב הידוע בשם 286 עבד במהירויות של 12 מגה הרץ (כמובן רק לאחר לחיצה על כפתור הטורבו).

אם נסתכל "קצת" אחורה, נוכל להבין בכל זאת את קפיצת המדרגה שעשתה הטכנולוגיה בשלושים השנים האחרונות. מעבדי הפנטיום הראשונים יצאו לראשונה במהירות 60 ו-66 מגה הרץ. אלו היו מעבדים מהירים מאד ברוח התקופה (שנות התשעים) ואף היה איסור ייצוא מארה"ב של מעבדים אלה ללא אישור מוקדם. החשש היה שגורמים לא רצויים יפתחו "מחשבי על" על בסיס כוח העיבוד המתקדם שלהם.

280 מחשבים משנות ה-90 שווים מחשב אחד היום

המחשב של היום רק מבחינת תדר העבודה הפנימי מהיר עד פי 70 ממחשב הפנטיום הראשון.
 המשמעות היא שמעבד i7 חדש מכיל 4-8 ליבות, שכל אחת מהן עובדת במהירות פי 60 מאותו מעבד פנטיום שנאסר על היצוא שלו מאדמת ארה"ב. 
אם חשקה נפשכם לדמיין, אזי כדי לקבל את כוח העיבוד של מעבד i7 מהדור האחרון במארז בודד, הייתם צריכים לחבר, בשנות ה-90, לא פחות מ-280 מחשבי פנטיום.

שנים רבות הורגלנו לתוספת נכבדה בתדר משנה לשנה (חוק מור הידוע דיבר על הכפלת התדר כל שנה וחצי), חגגנו שהמעבד הגיע ל-1,000 מגה הרץ, מספר דמיוני – 1 גיגה הרץ ועוד ועוד. בשלב הבא השתנתה המגמה ובנוסף להאצה של השעון הפנימי, שיווקו לנו מעבדים "מרובי ליבות" – כלומר, בכל אריזת מעבד יש מספר ליבות שזה בפועל מספר מעבדים "פיזיים" שעובדים ביחד. הדבר הקל על ריבוי המשימות במערכת ההפעלה המודרנית וטיפל פחות בהאצה של משימה/תהליך יחיד.

יחד עם זאת, כבר כמה שנים שאנחנו, לפחות למראית עין, נמצאים בסוג של סטגנציה מטרידה. התדר המקסימלי של המעבד נשאר על 4 גיגה רץ (עד 4 ליבות במעבדים מרובי ליבות, לשרתים וכיו"ב, כאשר גם 3.5 גיגה הרץ מוגדר כתדר מקסימלי) ורק מספר הליבות הולך ועולה.

הילוך רביעי על ניוטרל

גיימרים היו שמחים למהירות שעון גבוהה יותר

גיימרים היו שמחים למהירות שעון גבוהה יותר

הסיבות לכך הן כנראה רבות ולא מפורסמות ע"י אינטל – תדרים גבוהים למשל גורמים להפרעות, קרינות לא רצויות וכדומה. על פניו כל שנה משתפר תהליך היצור של אינטל ועובי החיתוך של הסיליקון יורד (מה שמאפשר תדר גבוה יותר, בצריכת חשמל זהה או אפילו נמוכה יותר) אך בכל זאת – ישנו איזה שהוא מחסום בלתי נראה סביב המספר 4 גיגה הרץ שנמנעים מלעבור אותו, לפחות באופן רשמי. יתכן מאוד שמחקרים מראים כי 4 ליבות במהירות גבוהה מזו "בין הרגליים" מתחת לשולחן מסוכנת קצת יותר מהקרינה של טלפון סלולרי, שלגביה כולנו מוטרדים עדיין על בסיס יומי. אבל זו ספקולציה בלבד.

נכון, גם מעבדים עם מספר ליבות רב נותנים האצה משמעותית, במיוחד מול מערכות הפעלה מודרניות ותוכנות שנכתבות מראש להשתמש במספר ליבות בו זמנית (פוטושופ, אוטוקאד וכיו"ב) אבל עדיין ישנה מהירות נטו, אותה מהירות ליבה המקסימלית שגורמי מקצוע ופריקים של התחום יודעים להעריך כ"מהירות האמתית " ולא זו המוכפלת.

כשהושקה הסדרה החדשה "קוד SKYLAKE " לפני חודשיים, גילינו שוב שהתדר המקסימלי למעבד המהיר ביותר נשאר על 4 גיגה הרץ (בעצם סדרה i7 6700 הציגה תכונות ותדרים זהים לסדרה i7 4700) ורוב השיפורים שהוצגו היו טמונים בארכיטקטורה, בזיכרון הקש, במהירות הזיכרון (DDR4) והגישה אליו, כאשר למעשה השיפור "בחיים האמתיים" הוא מצטבר אך נמוך.

מוותרים על מהירות לטובת יעילות

אינטל, שכנראה מודעת לכך שמהירות השעון אינה משמעותית לרוב המשתמשים, משקיעה מן הסתם יותר בצריכת הזרם (מחשב "ירוק"), בניהול הפלטפורמה, במהירות הזיכרון וכיו"ב, על מנת לקבל מחשבים מעט מהירים יותר אך הרבה יותר יעילים. רוב הציבור יסתפק במהירות של 2 גיגה הרץ, שתספיק לגלישה חלקה באינטרנט ולעבודה נעימה עם אופיס ותעניק זמן סוללה של עשר שעות בפלטפורמות החדשות. זאת לעומת מחשב שיהיה "חם", יעבוד במהירות 4 גיגה הרץ ויכלה את הסוללה תוך שעה וחצי והאפקט על מהירות "העבודה בפייסבוק" – זניח.

אך מה לגבי אותם משתמשי Power Users? 
משתמשים רבים משוועים עדיין לכל מגה הרץ של מהירות שעון. המשחק ירוץ יותר מהר (כאן נכנס גם יכולת ההמהרה של הכרטיס הגרפי, אך זה לכתבה אחרת).
התוכנה המקצועית (CST לחישוב שדות מגנטיים, היא דוגמא מצוינת) תסיים "ריצה" תוך 6 שעות במקום 8 שעות. וזה רבותי – משמעותי! ויש דוגמאות רבות ונוספות לתוכנות זוללות תדרים שמאד מושפעות מהתדר המקסימלי (3D Studio , Maya ועוד).

בשלב זה נכנסים לתמונה שני שחקנים ….אחד ישן, אינטל ואחד חדש, יצרן לוח האם:

לא רבים יודעים, אך אינטל בכל סדרה וסדרה מוציאה לאור מעבדים עם מספרי מודל SKU זהים אך עם סיומת K. מעבד עם סיומת K הוא מעבד שניתן להפעיל אותו בתדר מהיר יותר מהתדר הרשום. מעבדים אלה, יוצאים מסדרות יצור משובחות יותר (עוברים בקרת איכות גבוהה וקפדנית יותר ומאושרים להמהרה בשלבי היצור).

על מנת שמעבדי "K" יעבדו בתדר גבוה יותר, נדרשת הפעלה נכונה של לוח אם איכותי, לוח אם שבנוי עם כבלים איכותיים המאפשרים עבודה עם זרמים ומתחים גבוהים יותר, לוח שמאפשר כיווני ביוס ייחודיים, כאלה המאפשרים עבודה רציפה בתדר גבוה לאורך זמן ללא נפילות ואתחולים מטרידים. המהרה מקצועית שלא תפגע באחריות לאורך השנים ותאפשר ביצועים מקסימליים בעלויות שוות לכל נפש.

מעבדי פרימיום

על מנת לייצר מעבד שעובד יציב בתדר גבוה משמעותית מזה שנרשם לו, יש להעלות דרך הביוס את תדר הליבה ובמקביל להשתמש בזיכרונות איכותיים יותר להם תדר גבוה בהתאמה למה שמוכתב ע"י לוח האם (כל זאת בליווי העלאת מתחים לרוחב לוח האם על מנת לשמור על יציבות – תהליך שגורם לפליטת חום רבה. 
ישנן שיטות להמהיר מעבדים להם אין סיומת K (מאד מעניין לאור העובדה שמעבדים אלה זולים משמעותית), השיטות מתבססות על העלאת תדר לוח האם הבסיסי ה-FSB, לדוגמא העלאת התדר הבסיסי מ-100 מגה הרץ ל-110 מגה הרץ תיתן בלוח בו המכפלה היא 40, כלומר, מעבד שעובד ב-4.4 ג'יגה הרץ במקום 4. זה לא פשוט לביצוע, אך אם נתבקש, נסביר זאת בכתבה נפרדת.

בעבר הדרך להגיע ללוח יציב בתדרים גבוהים הייתה שימוש בקירור מים למעבד ולמערכות ההיקפיות. אחד החידושים בסדרת SKYLAKE הוא שניתן להגיע לתוצאות יפות מאד ללא הוצאות כבדות ועם שימוש בקירור אוויר איכותי ישר מהקופסא. אני כמובן מתייחס רק למחשבים שתוכננו בקפידה ע"י היצרן שנותן אחריות מלאה לעבודה המערכת כמערכת מושלמת ולא כרכיב בודד. לא יצלחו למטרה זו מחשבי "ה-חצר האחורית" שכל כך פופולריים בישראל עקב מחירם הנמוך. אולי תופתעו לגלות, אך אופציות שפויות שמעניקות ביצועים גבוהים באחריות מלאה זמינות גם בישראל. יש להיזהר מאד מלנסות לבצע המהרה בבית. התהליך עלול לפגוע במעבד וברכיבי לוח האם ללא אפשרות לתיקון או קבלת אחריות ואם קניתם גם מארז מפואר ונוצץ שעלה 20$ בסין עם הספק כוח, אז מומלץ גם לצאת מהבית או לפחות להצטייד במטף.

לסיכום, למרות ההשקה המאכזבת קמעה של אינטל, מסתבר שניתן לרכוש מחשבים או שרתים עם 4 ליבות במהירות שעון של עד 4.6 ג'יגה הרץ (24 שעות עבודה במשך חמש שנים) או שש ליבות במהירות 4 ג'יגה הרץ באחריות יצרן מלאה.

מחשבים אלה כבר אינם נחלתם הבלעדית של הגיימרים עם מארזי האלומיניום וקירור המים אלא גם של התחום המקצועי שמשווע שנים לעוד קצת Juice.

הכתבה בחסות EIM E.S.C

חברת EIM E.S.C מובילת שוק בתחום מחשוב על ומערכות משובצות מחשב, יצור מערכות מחשוב לפי צרכי לקוח והקמת פתרונות מלאים ל- HPC , STORAGE ותחנות עבודה. רוצים ללמוד עוד על GPU Computing? התחילו כאן

כתב אורח

אנחנו מארחים מפעם לפעם כותבים טכנולוגים אורחים, המפרסמים כתבות בתחומי התמחות שלהם. במידה ואתם מעוניינים לפרסם פוסט בשמכם, פנו אלינו באמצעות טופס יצירת קשר באתר.

הגב

15 Comments on "מספר הליבות קופץ אבל כוח העיבוד נותר זהה - למה?"

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 
Sort by:   newest | oldest | most voted
Ido N
Guest

יש גיימרים שאין להם כוח וזמן להתחיל לעשות OC ורוצים ביצועים יותר טובים.
נקווה שאינטל יעברו את המחסום הזה.

V
Guest

אין לאינטל מעבד שמהווה צוואר בקבוק למשחקים.

‫אלמוג אוזלבו‬‎
Guest
‫אלמוג אוזלבו‬‎

תתעדכנו, יש מעבד של AMD שהוא 8 ליבות במהירות 4.8 גיגה הרץ במצב רגיל ו5.1 בערך באוברקלוק. שמו FX9590

V
Guest

רק חבל שהוא לא מצליח לעבור i7-4770K ואפילו לו i5-2500K (סנדי) ברוב המבחנים…
http://www.anandtech.com/show/8316/amds-5-ghz-turbo-cpu-in-retail-the-fx9590-and-asrock-990fx-extreme9-review/6

תום
Guest

בפסקה השניה, צריך להיות 4.7 קילוהרץ ו 12 קילו הרץ

אנונימי
Guest

למיטב ידיעתי יש מגבלה פיזיקלית בנושא, יותר מזה שאינטל "לא חושבים על זה".
יתר על כן, ההבדל בין 4 ל5 ג׳יגה הוא אומנם מבורך אבל ספק אם משמעותי במשחקים (רוב העיבוד היום מתבצע בכרטיס מסך, והדיסק הקשיח מהווה אף הוא צוואר בקבוק).
השאיפה לא צריכה להיות תדר גבוה יותר, אלא סטנדרטיזציה של שימוש בליבות השונות ופיצול העבודה, סט הוראות חדש ויעיל יותר, וכו׳…

מהנדס חשמל
Guest

כתבה בסגנון ילד בן 14 שקורא דברים בפורומים בלי להבין את המשמעות האמיתית של דברים…
4 גיגה הרץ הוא סוג של גבול, עקב החומר, הסיליקון ממנו בנוי השבב.. כל הלוגיקה של המחשב מתאפשרת תודות לאלקטרונים שזזים בתוך הסיליקון, ומספקים מתחים וזרמים מסוימים.. אבל, יש גבול למהירות שבה אלקטרון יכול לנוע בסיליקון (או בכלל), ולכן גם יש גבול לכמה מהר תהליכים בתוך המעבד יתרחשו..

מהנדס חשמל
Guest

אגב, למה עדיף מעבד מהיר יותר, מאשר מספר מעבדים שעובדים במקביל?? אילו תהליכים בדיוק דורשים מהירות של 4 ג'יגה הרץ?? זה מטורף.. תכנון וקומפילציה נכונים של תוכנות (וגם מערכת ההפעלה) כך שיבצעו מספר דברים במקביל במהירות "איטית", בהרבה מקרים עדיפה על ביצוע כל הפעולות בתור במהירות גבוהה… 4 ג'יגה הרץ זה מספר עצום, ו2 ליבות עם תוכנה מתאימה יהיו יעילים בדיוק כמו ליבה אחת בתדר 8 גיגה

Ram
Guest
למהנדס החשמל: (וכל השאר גם) מהירות מעבר של אלקטרונים בסיליקון קרוב למהירות האור (אני לא מכיר משהו שמאט אלקטרונים פרט לכבידה ממש ממש משמעותית) מהירות המעבד המקסימלית שנמדדה עד היום ב OC מגיעה ל 8.7 ג"ה (אבל כנראה יש להם אלקטרונים מהירים במיוחד) הפקטור שכן משפיע על המהירות הוא זמן סגירת השערים בתוך הטרנזיסטרים – כמות השערים המחוברת באופן סדרתי משפיעה אם כך על תזמון השעון – תחשוב על כך כמו שער אוטומטי בעבודה – לא חשוב כמה מהר אתה רץ – אתה תלוי במהירות פתיחת השער… ובגלל שלא כולם יודעים לתכנן תוכנות שינצלו את יכולת המעבדים המתקדמים באופן אופטימלי,… Read more »
Mor Hundert
Guest
Ram , רק בשביל לעדכן אותך. בתוך הסיליקון אלקטרונים לא רצים במהירות האור. חבל שאתה סתם מטעה אנשים. בתוך הסיליקון המהירות הגבוהה ביותר היא מהירות של אלקטרונים (לא חורים- אתה יכול לקרוא על ההבדל באינטרנט) שהיא נקראת Vdrift. בנוסף האלקטרונים בסיליקון נפגשים אחד בשני, לכן הם לא מצליחים תמיד לצבור מספיק מהירות עקב התנגשויות. אפשר להאיץ את המהירות על ידי שדה חשמלי אבל זה כבר סיפור אחר. ואני אספר לך עוד סוד, זמן סגירה/פתיחה של הטרנזיסטורים הוא כל כך נמוך (ברמה של pico seconds) עד כדי כך שיש חברות שמגיעות ל 30-100 ג׳יגה בתוך צ׳יפים. ראה ערך מלנוקס ואיזיצ׳יפ. אולי… Read more »
משה טיורינג
Guest

רק קראתי את הפיסקה הראשונה ושם הפסקתי תדר=מספר פעולות? עדיף שהכתב יכתוב על אייל גולן והאח הגדול ודברים שהוא מבי בהם( רמז: זה לא מחשבים ) geettime תתאפסו על עצמכם- בושה לאינטילגנציהן

משה טיורינג
Guest

טוב הבנתי מתגובות אחרות מתפקידו של הכתב שהוא איש משכיל וכיוון נמוך- אז סליחה על התגובה- אבל אני רוצה להאמין שקוראי geektime הם לא אנשים מאותגרים מחשבית- בקיצור נשמח לכתבה מעמיקה מדויקת ומאתגרת מקצועית

משה טיורינג
Guest

הבעיה כמו עם הנפט שהעולם התמכר von neumann architecture עם כל החסרונות שלה( 70% מהזמן המעבד מחכה לזיכרון וממחזר cycles )
שלא לדבר על ההתמכרות לאינטל ולארכיטקטורה הנחותה שלה( עיין ערך מןטורולה 68000 vs אינטל 8086 מי שזוכר אמיגה לעומת תואם ibm

RuR
Guest

מענין

יש שם
Guest

על MIPS מישהו שמע פעם ?
לPentium הראשון היו פחות מ 100MIPS
למעבדים החדישים היום יש מעל ל
240,000MIPS
אז זה לא 280 מחשבים, זה יותר לכיוון ה2,400 וגם יותר.

wpDiscuz

תגיות לכתבה: