Навіщо потрібні 8 ядер і коли закінчиться ця гонка?

Ті, хто любить купувати топове залізо повинен без всякого сумніву помітити значне збільшення чотирьохядерних процесорів у флагманських продуктів компаній-виробників комунікаторів. І подання восьмиядерного процесора на виставці CES 2013 на початку цього року виглядає як продовження цього тренда.

Вже були представлені восьмиядерний Exynos 5 Octa від Samsung і пятиядерный NVIDIA Tegra 4, який, крім цього, також отримав 72 графічні ядра. Але чи буде кінець безглуздому зростання кількості ядер, і чи дійсно нам це треба, як спосіб збільшення продуктивності наших мобільних девайсів? Спробуємо розібратися, але, щоб це зробити, потрібно звернутися до історії.

Якщо ми повернемося до початку нового тисячоліття і подання компанією процесора Intel Pentium 4. Якщо у вас був такий ПК, то повинні згадати, що в той час більшість комп'ютерів на процесорах того часу працювали на частоті близько 3 ГГц. Однак, через більше 10 років, навіть нові ПК на найдорожчих сучасних процесорах начебто Intel Core i7 навряд чи зможуть взяти планку в 4 ГГц без спеціального охолодження.

У такому разі еволюція процесорів повинна була впертися в глухий кут: подальше підвищення робочої частоти виявилося неможливим, але був знайдений інший вихід - використання декількох ядер.

Повертаючись до теми нагріву, то цей недолік стає ще більш помітним при пошуку рішень для мобільних обчислень: чіпи просто не можуть охолоджуватися належним чином, якщо ви хочете, щоб ваш смартфон був товщиною не більше сантиметра.

Здавалося б, багатоядерні процесори повинні стати ідеальним рішенням і хорошим балансом між продуктивністю, енергоспоживанням і нагріванням, але, разом з цим, нікуди не поділися проблеми, пов'язані з продуктивністю на низьких частотах. Ось чому кожен такий багатоядерний низьковольтний процесор може бути порівнянний з одноядерним, таким же по потужності, але менш енергоефективним.

Зауважимо, що одночасна робота двох ядер вже помітно вирішує перераховані вище недоліки одноядерних рішень в смартфонах і планшетах. Хоча, багато з цим можуть посперечатися, що використання чотирьох паралельних ядер збільшить продуктивність ще більше, при тому ж енергоспоживанні. Тим не менше, кількість ядер обов'язково зажене розвиток мобільних процесорів в темно-зелену шийку. Як би там не було, зараз - багатоядерні рішення виглядають вже набагато менш вражаюче, ніж це було трохи раніше.

По-перше, існує проблема невикористаних тактів, коли процесор здійснює порожню роботу при відсутності інструкцій для нього (фактично, під час простою), в той же час, споживаючи енергію, як і в звичайному режимі. Щоб ефективно використовувати кожен такт чотирьох - або восьмиядерного процесора, розробники додатків повинні оптимізувати свої програми, щоб синхронізувати паралельні обчислення, що не може не позначитися на часі розробки і ціною програмного забезпечення. Деякі вже існуючі програми, при цьому, взагалі дуже прості, щоб виконуватися одночасно в декількох процесах, так що простоюють без справи ядра тільки, знову ж таки, даремно спустошують такий цінний заряд акумулятора.

Одним з рішень цієї проблеми є зменшення частоти процесора у той час як всі ядра не використовуються на повну потужність. Але більш потужні чіпи вимагають більшого мінімум енергії, ніж повільні процесори, що все ще означає невиправдане витрачання коштів акумулятора.

Так що, теоретично, ми можемо додавати все більше і більше ядер, але це не означає, що ми зможемо обробити більше інформації за один раз.

По правді кажучи, завжди є певні обмеження, які приходять разом з мультиядерными системами. Однак від різних компаній надходять настільки суперечливі відомості, що стає важко розібратися, що до чого. Intel, наприклад, ще в 2011 році говорила про сотні процесорних ядер в майбутньому, а Qualcomm навпаки стверджувала, що кілька ядер, що працюють на високих частотах - краще рішення. Так хто ж правий?

Замість того щоб будувати здогади, давайте краще поглянемо на щось цікаве, і ви повністю переконайтеся, що неймовірну продуктивність восьмиядерних чіпів - міф.

Візьмемо, для прикладу, нову розробку Samsung - Exynos 5 Octa. Незважаючи на те, що він був названий восьмиядерным, всі його ядра не працюють одночасно, як ви могли подумати. Замість цього, у свої чіпи південнокорейська компанія встановлює два окремих чотирьохядерних процесора, більш потужний на ARM Cortex A15 і менш енергоємним на ARM Cortex A7. При цьому в кожний момент може використовувати тільки один такий процесор. Елегантне рішення проблеми енергоспоживання.

Незважаючи на відсутність будь-якого приросту продуктивності, такий процесор буде менше розряджати акумулятор, адже комунікатор буде перемикатися на потужний комплект ядер тільки тоді, коли потрібна висока продуктивність. На схожому принципі працює і NVIDIA Tegra 3, використовуючи одне ядро процесора при виконанні тривіальних завдань, а 4 інших ядра - в іграх і вимогливих додатках.

В якості іншого прикладу - подивіться на ринок персональних комп'ютерів в останні 5 років. Число процесорних ядер так і не зросла, як у звичайних домашніх, так і high-end ігрових системах. Звичайно, існують і восьмиядерні процесори, наприклад, лінійка AMD FX-8, але, у дійсності, вона гірша, ніж продуктивні чотирьохядерні аналоги. При цьому, навіть найсучасніші чіпи Intel Haswell не збільшують кількість доступних ядер. Так що, схоже, на даний момент ринок ПК досяг вершини у цьому показнику.

Єдине, що заважає створювати потужні багатоядерні процесори для користувача сектора, все впирається в транзистори. Чи буде це швидкий одноядерний або повільний мультиядерный процесор, їх виробництво впирається в збільшення кількості транзисторів, що неминуче веде до збільшення енергоспоживання і тепловиділення. І якщо у звичайних комп'ютерах ця проблема може бути вирішена нестандартними засобами, то в мобільних девайсах з обмеженою місткістю батарей і відсутністю можливості використання активного охолодження - немає.

Щоб ви не зрозуміли неправильно - Exynos 5 Octa є неймовірно гарною ідеєю для портативних пристроїв і гідним показником того, як процесори можуть виглядати в майбутньому. Але спрямована ця розробка, ще раз підкреслюємо, на зниження енергоспоживання, а не збільшення продуктивності. Тим не менш, сумнівно, що в найближчому майбутньому ми прийдемо до об'єднання 16 ядер на одному процесорі. Навіть 72 графічні ядра в процесорі від NVIDIA не виглядають надто неймовірно, адже топові відеокарти можуть містити тисячі потокових процесорів (NVIDIA воліє називати їх ядрами).

Замість цього, більш імовірно, що компанії будуть шукати більш вигідні шляху розвивати свій ринок, наприклад, зменшуючи фізичні розміри чіпів для зменшення теплових втрат. Ми напевно побачимо восьмиядерні процесори в майбутньому, але навряд чи вони будуть схожі на сучасні мультиядерні рішення.

Це може здатися дивним, але насправді, розвиток технологій відбувається повільніше, ніж того вимагає маркетинг, тому PR-менеджерам компаній доводиться вигадувати все більш витончені ходи для залучення уваги користувачів.

Так що, в цьому році ми можемо очікувати побачити на ринку чимало "восьмиядерних" процесорів, хоча правильніше було б назвати їх "подвійними чотирьохядерними". Як завжди, рекомендуємо побоюватися маркетингу і керуватися, в першу чергу, своїми потребами і здоровим глуздом.