Те, кто любит покупать топовое железо должен без всякого сомнения заметить значительное увеличение четырёхъядерных процессоров в флагманских продуктах компаний-производителей коммуникаторов. И представление восьмиядерного процессора на выставке CES 2013 в начале этого года выглядит как продолжение этого тренда.

Уже были представлены восьмиядерный Exynos 5 Octa от Samsung и пятиядерный NVIDIA Tegra 4, который, помимо этого, также получил 72 графических ядра. Но будет ли конец бессмысленному росту числа ядер, и действительно ли нам это надо, как способ увеличения производительности наших мобильных девайсов? Попробуем разобраться, но, чтобы это сделать, потребуется обратиться к истории.
Откуда берёт своё начало тренд многоядерности?

Если мы вернёмся к началу нового тысячелетия и представлению компанией Intel процессора Pentium 4. Если у вас был такой ПК, то должны вспомнить, что в то время большинство компьютеров на процессорах того времени работали на частоте около 3 ГГц. Однако, спустя более 10 лет, даже новые ПК на самых дорогих и современных процессорах вроде Intel Core i7 едва ли смогут взять планку в 4 ГГц без специального охлаждения.

В таком случае эволюция процессоров должна была упереться в тупик: дальнейшее повышение рабочей частоты оказалось невозможным, но был найден другой выход – использование нескольких ядер.

Возвращаясь к теме нагрева, то этот недостаток становится ещё более заметным при поиске решений для мобильных вычислений: чипы просто не могут охлаждаться должным образом, если вы хотите, чтобы ваш смартфон был толщиной не более сантиметра.

Казалось бы, многоядерные процессоры должны стать идеальным решением и хорошим балансом между производительностью, энергопотреблением и нагревом, но, вместе с этим, никуда не делись проблемы, связанные с производительностью на низких частотах. Вот почему каждый такой многоядерный низковольтный процессор может быть сравнён с одноядерным, таким же по мощности, но менее энергоэффективным.

Где предел числу ядер?

Заметим, что одновременная работа двух ядер уже заметно решает вышеперечисленные недостатки одноядерных решений в смартфонах и планшетах. Хотя, многие с этим могут поспорить, что использование четырёх параллельных ядер увеличит производительность ещё больше, при том же энергопотреблении. Тем не менее, растущее число ядер обязательно загонит развитие мобильных процессоров в бутылочное горлышко. Как бы там ни было, сейчас -многоядерные решения выглядят уже гораздо менее впечатляюще, чем это было немного ранее.

Во-первых, существует проблема неиспользованных тактов, когда процессор совершает пустую работу при отсутствии инструкций для него (фактически, во время простоя), в то же время, потребляя энергию, как и в обычном режиме. Чтобы эффективно использовать каждый такт четырёх- или восьмиядерного процессора, разработчики приложений должны оптимизировать свои программы, чтобы синхронизировать параллельные вычисления, что не может не сказаться на времени разработки и цене программного обеспечения. Некоторые уже существующие программы, при этом, вообще слишком просты, чтобы выполняться одновременно в нескольких процессах, так что простаивающие без дела ядра только, опять же, зря опустошают такой ценный заряд аккумулятора.

Одним из решений этой проблемы является уменьшение частоты процессора в то время как все ядра не используются на полную мощность. Но более мощные чипы требуют и больший минимум энергии, нежели медленные процессоры, что всё ещё означает неоправданное расходование средств аккумулятора.

Так что, теоритически, мы можем добавлять всё больше и больше ядер, но это не означает, что мы сможем обработать больше информации за одним раз.

Миф о восьми ядрах

По правде говоря, всегда есть определенные ограничения, которые приходят вместе с мультиядерными системами. Однако от различных компания поступают настолько противоречивые сведения, что становится трудно разобраться, что к чему. Intel, например, ещё в 2011 году говорила о сотнях процессорных ядер в будущем, а Qualcomm наоборот утверждала, что несколько ядер, работающих на высоких частотах – лучшее решение. Так кто же прав?

Вместо того чтобы строить догадки, давайте лучше взглянем на кое-что интересное, и вы полностью убедитесь, что невероятная производительность восьмиядерных чипов – миф.

Возьмём, для примера, новую разработку Samsung – Exynos 5 Octa. Несмотря на то, что он был назван восьмиядерным, все его ядра не работают одновременно, как вы могли подумать. Вместо этого, в свои чипы южнокорейская компания устанавливает два отдельных четырёхъядерных процессора, более мощный на ARM Cortex A15 и менее энергоёмкий на ARM Cortex A7. При этом, в каждый момент может использовать только один такой процессор. Элегантное решение проблемы энергопотребления.

Несмотря на отсутствие какого-либо прироста производительность, такой процессор будет меньше разряжать аккумулятор, ведь коммуникатор будет переключаться на мощный комплект ядер только тогда, когда требуется высокая производительность. На схожем принципе работает и NVIDIA Tegra 3, используя одно ядро процессора при выполнении тривиальных задач, а 4 других ядра – в играх и требовательных приложениях.

В качестве другого примера – посмотрите на рынок персональных компьютеров в последние 5 лет. Число процессорных ядер так и не выросло, как в обычных домашних, так и high-end игровых системах. Конечно, существуют и восьмиядерные процессоры, например, линейка AMD FX-8, но, в действительности, она оказывается хуже, чем производительные четырёхъядерные аналоги. При этом, даже самые современные чипы Intel Haswell не увеличивают число доступных ядер. Так что, похоже, на данный момент рынок ПК достиг вершины в этом показателе.

Единственное, что мешает создавать мощные многоядерные процессоры для пользовательского сектора, всё упирается в транзисторы. Будет ли это быстрый одноядерный или медленный мультиядерный процессор, их производство упирается в увеличение числа транзисторов, что неминуемо ведёт к увеличению энергопотребления и тепловыделения. И если в обычных компьютерах эта проблема может быть решена нестандартными средствами, то в мобильных девайсов с ограниченной ёмкостью батарей и отсутствием возможность использования активного охлаждения – нет.

Взгляд в будущее

Чтобы вы не поняли неправильно – Exynos 5 Octa является невероятно хорошей идеей для портативных устройств и достойным показателем того, как процессоры могут выглядеть в будущем. Но направлена эта разработка, ещё раз подчёркиваем, на снижение энергопотребления, а не увеличение производительности. Тем не менее, сомнительно, что в ближайшем будущем мы придём к объединению 16 ядер на одном процессоре. Даже 72 графических ядра в процессоре от NVIDIA не выглядят слишком уж невероятно, ведь топовые видеокарты могут содержать тысячи потоковых процессоров (NVIDIA предпочитает называть их ядрами).

Вместо этого, более вероятно, что компании будут искать более выгодные пути развивать свой рынок, например, уменьшая физические размеры чипов для уменьшения тепловых потери. Мы определённо увидим восьмиядерные процессоры в будущем, но едва ли они будут похожи на современные мультиядерные решения.

Итоги

Это может прозвучать странно, но на самом деле, развитие технологий происходит медленнее, чем того требует маркетинг, поэтому PR-менеджерам компаний приходится придумывать всё более изощрённые ходы для привлечения внимания пользователей.

Так что, в этом году мы можем рассчитывать увидеть на рынке немало "восьмиядерных" процессоров, хотя правильнее было бы их назвать "двойными четырёхъядерными". Как всегда, рекомендуем опасаться маркетинга и руководствоваться, в первую очередь, своими потребностями и здравым смыслом.
Источник