Многих пользователей интересует, почему чипы последних поколений производительней старых при идентичной частоте. Основная разница кроется в физической архитектуре. Сразу новшества кажутся незначительными, но суммарно они дают существенную прибавку.
Основные причины, почему новые чипы быстрее
Если взглянуть просто на ситуацию, то новым кристаллам необходимо меньше инструкций, чтобы выполнить поставленные задачи. Происходит это по следующим причинам:
- увеличенный кэш второго и третьего уровней;
- увеличенное количество исполнительных блоковы предварительно выборки – быстрее осуществление инструкций;
- оптимизации длины конвейера – выше производительность.
Этот перечень можно еще долго продолжать. Создание процессоров – это непросто повышение частоты. Существует множество технологий и способов, позволяющих поднять производительность.
Частота не может повышаться постоянно
Поднятие тактовой частоты мгновенно приводит к повышению потребляемой мощности и увеличенному тепловыделению. Конечно, производители процессоров смогли существенно поднять энергоэффективность, но это не значит, что потолок отсутствует. Напротив, он был поднят на максимум еще в 2004 году, когда появился Pentium 4 Prescott. После чего разработчики оперируют более скромными базовыми параметрами.
Преимущества конвейерной обработки
Разбитие инструкции на несколько последовательных этапов и прикрепление их к отдельным секторам процессора, позволило поднять общую производительность. Обусловлено это тем, что конвейерная реализация инструкций допускает осуществление шагов без полного окончания каждой инструкции.
Стандартный конвейер RISC архитектуры, по которой производятся все современные массовые процессоры, включает следующие этапы при работе с инструкциями:
- выборка;
- обработка;
- осуществление задач;
- обращение к памяти;
- обратная запись.
Однако топовые процессоры способны разбивать процесс даже на 30 различных этапов, повышая эффективность конвейера.
Применяются кэши для быстрого доступа к памяти
Топовые чипы способны осуществлять инструкции и оперировать данными значительно быстрее, чем к ним появится доступ в основной памяти. В период, когда процессору нужен доступ к ОЗУ, может наблюдаться длительный простой, пока необходимые данные будут доступны. Чтобы решить эту проблему, в процессор была добавлена скоростная память.
Конечно, незначительные размеры чипа накладывают определенные ограничения. Однако даже небольшой емкости кэша хватает для сохранения необходимых данных, чтобы процесс обработки инструкций был непрерывным.
Кэши выделяются многоуровневым построением. Обусловлено это тем, что память большего размера медленнее, чем кэш меньшего объёма. К примеру, чип может одновременно иметь кэш первого уровня на 32 КБ и третьего уровня в несколько мегабайт. Объем кэша оказывает значительное влияние на общую производительность процессора.
Почему повышается производительность в новых процессорах
Производители чипов не теряют время. Они не могут значительно поднять тактовую частоту, но могут поднять производительность, используя другие доступные инструменты. Этим они успешно пользуются. В этом может убедиться и каждый пользователь, если протестирует чипы последних поколений с предыдущими.
Вот основные технические инструменты, которые позволяют разработчикам двигаться вперед:
- снижение тепловыделения на одну машинную операцию, что позволяет дольше чипу функционировать на предельных возможностях;
- добавление новых ядер, что позволило внедрить параллельное вычисление и повысить общую производительность;
- внедрение новых инструкций, повышающих эффективность процессора;
- улучшается архитектура и построение обработки данных;
- внедрение более скоростных шин - другие компоненты ПК также начинают значительно быстрее работать.
Каждый новый чип получает все более мощный и объемный кэш, что существенно снижает количество обращений к базовой памяти.
Также новые процессоры максимально пользуются всеми преимуществами параллелизации потоков. Это позволяет одновременно обрабатывать больше инструкций.
Заключение
Большинство пользователей, выбирая процессор, обращают внимание исключительно на частоту. Остальные параметры их мало интересует. Однако в текущих реалиях именно в различных мелочах скрываются главные преимущества. Разработчики смогли за улучшения различных компонентов значительно повысить производительность новых процессоров, оставляя частоту на прежнем уровне.
