Разбираемся в современных процессорах, сколько ядер на самом деле достаточно
Вся история развития и эволюции персональных компьютеров представляет собой непрерывную гонку между скачкообразным ростом быстродействия центрального процессора, памяти, видеосистемы и прочих устройств. Сейчас главными критериями оценки производительности CPU считается его тактовая частота и количество ядер.
Чтобы лучше понимать, как это все взаимосвязано, давайте сделаем краткий экскурс в историю развития x86 архитектуры процессоров.
Краткая история x86 процессоров
Первый x86 процессор был разработан и выпущен компанией Intel еще в далеком 1979 году. Является прадедушкой всех современных CPU для ПК. Сегодня это может показаться смешным, но работал он тогда на частоте всего лишь 4,77 МГц. Не гигагерц, а мегагерц.
Получается, что почти за 40 лет эволюции ПК, частота центрального процессора выросла в тысячу раз.
Начиная с 80-х, каждые 3-4 года тактовая частота процессоров удваивалась, соответственно росло и быстродействие ПК. Усилия инженеров по увеличению производительности CPU были направлены не только на рост частот. Так начиная с 1989 года к процессору добавили арифметический сопроцессор, ускоряющий вычисления с плавающей запятой, который ранее располагался в виде отдельного чипа.
В начале 90-хх гг появляется знаковый Pentium, работающий на частоте 60 МГц. Является первым суперскалярным процессором Intel, так как получил два вычислительных конвейера. С середины 90-х гг, процессоры получили кэш L1, что также увеличило производительность.
Затем, к концу 90-х гг, частота CPU стала расти еще быстрей и к 1997 году достигла 200 МГц у Pentium II. Для своего времени Pentium II обеспечивал потрясающую производительность.
Затем рост частот достиг такого ускорения, что в начале 2000-х гг, компьютер успевал устаревать буквально за полгода. Так, компьютер, купленный в 2001 году, оказывался слабее компьютера, купленного в 2003 примерно в 2-3 раза. Знаковый рубеж частоты в 1 ГГц был взят Pentium 3 в 2000 году. За какие то 5 лет, к 2005 году неимоверными усилиями инженеров Intel тактовая частота процессоров достигла фееричных 3,5 ГГц у Pentium 4.
Pentium 4 является первым процессором, получившим новую технологию Hyper-threading, которая реализует идею «одновременной мультипоточности». Процессор, поддерживающий технологию HT, может хранить состояние сразу двух потоков и содержит по одному набору регистров и по одному контроллеру прерываний на каждый логический процессор.
При включенном Hyper-threading, операционная система определяет один физический процессор (одно физическое ядро) как два отдельных процессора (два логических ядра). При определенных условиях использование HT позволяет увеличить производительность процессора благодаря возможности запуска нескольких потоков приложения одновременно. Позволяет увеличить производительность до 30%.
Затем последовал провал. Увеличивать тактовые частоты процессоров дальше было уже неимоверно сложно, так как производители процессоров практически подошли к границе предела частоты полупроводников. Плюс дальнейшее увеличение частот привело бы к огромному тепловыделению, а делать массовые ПК, в которых без применения жидкого азота и прочих дорогих ухищрений, потребовалось бы отводить больше 200-250 Вт тепла от процессора было нереально трудно.
Поэтому с 2005 года компаниями Intel и AMD был избран новый путь по увеличению производительности CPU. Основные усилия были направлены на улучшение архитектуры процессора. Процессоры получили более объемный кэш, и его размер все еще постепенно увеличивается. Далее в процессор переехал контроллер памяти, который ранее располагался на материнской плате, что также увеличило производительность.
Но основным способом увеличения производительности стало увеличение количества ядер процессора. Первым, кто выпустил двухъядерный процессор, стала компания AMD.
В 2005 году вышел Athlon 64 X2, который является первым x86 процессором, в котором два ядра располагались на одном кристалле.
Сколько нужно ядер и как они используются
Сейчас в продаже имеется огромное разнообразие процессоров, с разным количеством ядер для решения разного рода задач. При желании, можно найти и 18 ядерный процессор (36 потоков), например, Intel Xeon E5-4669v4, но его цена в 2 млн. руб. вряд ли обрадует.
Нужно понимать, что вне зависимости от того, сколько ядер имеет центральный процессор, без поддержки их со стороны программного обеспечения, польза от дополнительных ядер может стремиться к нулю. Подавляющее большинство современных программ по прежнему не умеют пользоваться дополнительными ядрами. И двухъядерный процессор, работающий на более высокой частоте, чем четырехъядерный, работающий на меньшей частоте, может оказаться быстрей.
Современные операционные системы умеют задействовать дополнительные ядра в процессоре путем перераспределения выполняемых программ по разным ядрам. Здесь может быть польза от дополнительных ядер, если количество одновременно запущенных программ достаточно большое. Но на практике двухъядерные процессоры не работают в два раза быстрее одноядерных, хотя прирост быстродействия может оказаться значительным.
Например, у подавляющего большинства игр, выпущенных до 2010 года при увеличении количества ядер быстродействие увеличивается, к сожалению, всего на 5-10% при одинаковой тактовой частоте.
Даже у многих современных игр ощутимый прирост скорости наблюдается только при переходе с одноядерного процессора на двухядерный. При увеличении количества ядер до трех, четырех и более прирост быстродействия уменьшается с каждым дополнительным ядром. Пройдет еще какое то время, когда игры, работающие на многоядерных процессорах будут выполняться ощутимо быстрее задействуя все ядра с пользой.
По-настоящему задействовать все ядра процессора умеют в основном только специализированные программы. Это такие программы, которые занимаются сжатием данных, кодированием видео, сложными расчетами, 3D моделированием или шифрованием данных. У таких программ прирост быстродействия может достигать до 50% на ядро.
Есть и процессорозависимые игры, в которых действительно полноценно задействуются дополнительные ядра. В основном это игры с открытым миром и имеют сложную и проработанную физику. Примером таких игр может служить GTA V, где даже имея мощную видеокарту, не получится задействовать все спецэффекты и получить высокую частоту кадров на старом медленном одноядерном процессоре.
Что выбрать
Сейчас наметилась тенденция, что все чаще появляются программы, которые умеют задействовать хотя бы два ядра процессора или два логических процессора (HT). Но с другой стороны, сейчас в продаже уже и не осталось одноядерных процессоров. Все современные процессоры уже имеют как минимум 2 ядра.
Для решения большинства несложных, офисных задач вполне хватает современных бюджетных двухъядерных процессоров Intel Pentium, Celeron или AMD Athlon. Они достаточно быстрые и при этом не дорогие. Для прослушивания музыки, просмотра видео, простеньких игрушек, социальных сетей, учебы или офисной работы нет смысла покупать дорогие и мощные Intel Core i7 или AMD Ryzen 7.
Если вы играете в нетребовательные или относительно старые игры, любите открывать по 20-30 вкладок в браузере, запускаете много программ одновременно, и не занимаетесь сложными вычислениями в специализированных программах, то вам может вполне хватить возможностей современных четырехъядерных Intel Core i3 или AMD Ryzen 3. Сейчас эти процессоры являются самыми оптимальными по соотношению цены к быстродействию. Но если захочется запустить современные игры в максимальном качестве, то даже имея мощную видеосистему, есть шанс, что не получится раскрыть весь ее потенциал – процессор окажется слабым звеном.
Если вам нужна действительно быстрая и производительная система, вы любите играть в современные игры, занимаетесь любительским видеомонтажом или 3D-моделированием, то следует рассмотреть к покупке Intel Core i5 или AMD Ryzen 5. Правда нужно понимать, что придется немного переплатить, так как в этом случае уже вступает в дело маркетинг. Несмотря на то, что Core i5 считается золотой серединой, и он мощнее, цена его выросла сильнее, чем разница в быстродействии с Core i3. Зато это отличный выбор для задела на будущее, так как такой процессор долго сможет обеспечивать хорошую производительность и сохранять актуальность. Его быстродействие большинству пользователей хватит с запасом.
Такие процессоры, как Intel Core i7 или AMD Ryzen 7 подойдут для топовой производительности. Такие мощности в полном объеме можно будет задействовать в самых современных играх на максимальных настройках или в специализированном программном обеспечении со сложными расчетами. Вы сможете профессионально заниматься рендером видеороликов, моделированием 3D сцен и много чем еще и все это будет происходить еще быстрее чем на Core i5. Понятное дело, за еще большую цену. В большинстве же обыденных и офисных задач процессор будет простаивать без задействования всех своих возможностей, хотя может быть и будет греть вам душу своими возможностями и тем, что его производительности хватит еще на много лет вперед.
Отдельно хочется отметить таких монстров, как Intel Core i9 и AMD Ryzen Threadripper. Их стоимость уже практически находится за гранью добра и зла. Эти процессоры подойдут в основном экстремальным энтузиастам, для которых чрезвычайно важна максимальная производительность системы. Для которых действительно есть смысл многократно переплатить за огромную вычислительную мощность и дополнительные ядра. Для чего? Например, чтобы запускать самые новые игры в максимально возможном качестве, или чтобы не ждать рендер сложной сцены в программе 3D-моделирования три часа, а всего один или и того меньше. Не приобретайте такой процессор для простой офисной работы, это будет выбрасывание денег на ветер.
Решая, какой процессор выбрать для своих задач, легко запутаться, так как обилие ассортимента действительно огромное. С момента выхода линейки Core i3, i5 и i7 сменилось уже 8 поколений процессоров. Каждое новое поколение процессоров обычно быстрее на 5-15% предыдущего, поэтому нужно понимать, что Core i3 последних поколений может оказаться быстрее, чем выпущенный Core i5 три-четыре поколения назад. А процессоры для ноутбуков всегда будут слабее, чем процессоры для ПК. Таким образом, мощный и дорогой Core i7 в ноутбуке может оказаться таким же по производительности, как менее дорогой Core i5 для компьютера.
Также сложно принять правильное решение и понять какой процессор быстрее, например, Core i5 с 4 ядрами и 8 потоками или Core i7 с 2 ядрами и 4 потоками. Ориентироваться нужно на то, что одно ядро Core i5 слабее, чем одно ядро Core i7, при условии, если их частоты примерно одинаковы. Чем больше ядер у процессора, тем сильнее снижается тактовая частота при задействовании дополнительных ядер. В обычных задачах прирост производительности больше зависит от более высокой тактовой частоты работы процессора, чем от количества ядер. И наоборот, в специализированных программах, которые умеют распараллеливать нагрузку на дополнительные ядра, будет больше пользы от количества ядер, чем от более высокой частоты, но с меньшим количеством ядер.
