Еще раз о Hyper Threading. Работоспособность технологии Hyper-Threading в играх

Еще в далеком феврале 2002 года дебютировала фирменная технология от компании «Интел» - Hyper-Threading. Что этотакое и почему она получила на сегодняшний день практически повсеместное распространение? Ответ на этот вопрос и не только будет рассмотрен в данном материале.

История появления технологии HT

Первым настольным процессором с поддержкой логической многопоточности стал четвертого поколения Pentium. Hyper-Threading - технология, котораяв этом случае позволяла на одном физическом ядре обрабатывать сразу два потока данных. Причем чип этот устанавливался в процессорный разъем PGA478, функционировал он в режиме 32-битных вычислений, а его тактовая частота была равна 3,06 ГГц. До этого ее можно было встретить лишь в серверных процессорных устройствах серии XEON.

После получения успешных результатов в этой нише компания «Интел» решила распространить HT и в настольный сегмент. В дальнейшем в рамках PGA478 было выпущено целое семейство таких процессоров. После того как дебютировал сокет LGA775, НТ была временно призабыта. Но с началом продаж LGA1156 она получила второе дыхание в 2009 году. С тех пор она стала обязательным атрибутом процессорных решений от «Интел», причем как в ультрапроизводительном сегменте, так в бюджетных компьютерных системах.

Концепция данной технологии

Суть технологии Intel Hyper-Threadingсводится к тому, что путем минимальных изменений в компоновке микропроцессорного устройства разработчики добиваются того, что на уровне системного и программного обеспечения код обрабатывается в два потока на одном физическом ядре. Все элементы вычислительного модуля при этом остаются без изменений, добавляются лишь специальные регистры и переработанный контроллер прерываний.

Если по каким-либо причинам физический модуль вычислений начинает простаивать, то на нем запускается второй программный поток, а первый при этом дожидается получения необходимых данных или информации. То есть если раньше простои в работе вычислительной части чипов были достаточно частыми, то практически полностью исключает такую возможность Hyper-Threading. Что это за технология, рассмотрим ниже.

На аппаратном уровне

Повышенные требования выдвигаются к аппаратному обеспечению в случае использования Hyper-Threading. Материнская плата, BIOS и процессор должны поддерживать ее. По крайней мере, в рамках процессорного разъема PGA478 на подобную совместимость необходимо было обращать повышенное внимание. Не все наборы системной логики в этом случае были ориентированы на использование НТ, как и процессорные устройства. И даже если в номенклатуре системной платы присутствовала столь желанная аббревиатура, то это вовсе не означало, что чипы правильно инициировались по той причине, что необходимо было обновить BIOS.

Кардинально изменилась ситуация в этом случае начиная с LGA1156. Данная вычислительная платформа была изначально заточена под применение Hyper-Threading. Поэтому каких-либо существенных проблем с применением последней в данном случае у пользователей не возникало. Это же самое справедливо и для последующих процессорных разъемов, таких как LGA1155, LGA1151 и LGA1150.

Аналогичным отсутствием проблем с применением НТ могли похвастаться и высокопроизводительные сокеты LGA1366, LGA2011 и LGA2011-v3. В довершение к этому прямой конкурент «Интел» - компания AMD - в последнем поколении своих процессоров для АМ4 реализовала весьма схожую технологию логической многозадачности - SMT. Она использует практически идентичную концепцию. Отличие заключается лишь в названии.

Основные компоненты со стороны программного обеспечения

Нужно отметить, что даже в случае полноценной поддержки НТ со стороны аппаратных ресурсов не всегда она будет успешно работать на уровне программного обеспечения. Для начала операционная система должна уметь работать одновременно с несколькими вычислительными ядрами. В устаревших на сегодняшний день версиях системного софта MS-DOS или Windows 98 такой возможности нет. А вот в случае Windows 10 каких-либо проблем не возникает, и эта операционная система уже изначально заточена под такие аппаратные ресурсы персонального компьютера.

Теперь разберемся с тем, как включить Hyper-Threading в Windows.Для этого на компьютере должно быть установлено все необходимое управляющее прикладное программное обеспечение. Как правило, это специальная утилита с компакт-диска системной платы. В ней есть специальная вкладка, на которой можно в режиме реального времени изменить значения в БИОСе. Это, в свою очередь, приводит к тому, что уже в нем опция Hyper-Threading переходит в положение Enabled, а также активируются дополнительные логические потоки, причем даже без перезагрузки операционной системы.

Включение технологии

Многие начинающие пользователи достаточно часто на первоначальном этапе использования нового компьютера задаются одним важным вопросом относительно Hyper-Threading: как включитьее? Существует два возможных способа решения этой задачи. Один из них - это использование БИОСа. В этом случае необходимо выполнить такие действия:

• При включении ПК инициализируем процедуру входа в БИОС. Для этого достаточно при появлении тестового экрана зажать кнопку DEL (в некоторых случаях необходимо зажимать F2).
• После появления синего экрана переходим с применением навигационных клавиш на вкладку ADVANCED.
• Затем на ней находим пункт Hyper-Threading.
• Напротив него необходимо установить значение Enabled.

Ключевой недостаток данного способа - это необходимость перезагрузки персонального компьютера для выполнения данной операции. Реальной альтернативой ей является использование конфигурационной утилиты системной платы. Этот метод был детально описан в предыдущем разделе. И в этом случае заходить в БИОС совсем не обязательно.

Отключение НТ

По аналогии со способами включения НТ существует два способа дезактивации данной функции. Один из них можно выполнить лишь только в процессе инициализации компьютерной системы. Это, в свою очередь, не совсем удобно на практике. Поэтому специалисты останавливают свой выбор на втором методе, который основывается на использовании компьютерной утилиты материнской платы. В первом случае выполняются такие манипуляции:

1. При загрузке электронно-вычислительной машины заходим в базовую систему ввода — вывода (второе ее название BIOS) по ранее изложенной методике.
2. Перемещаемся с применением клавиш управления курсором в пункт меню Advanced.
3. Далее необходимо найти пункт меню Hyper-Threading (в некоторых моделях системных плат он может обозначаться как НТ). Напротив него с помощью кнопок PG DN и PG UP устанавливаем значение Disabled.
4. Сохраняем снесенные изменения с помощью F10.
5. Выходим из БИОСа и перезагружаем персональный компьютер.

Во втором случае при использовании диагностической утилиты системной платы нет необходимости перезагружать ПК. Это ключевое его преимущество. Алгоритм в этом случае идентичный. Разница состоит в том, что здесь используется предустановленная специальная утилита от производителя системной платы.

Ранее были описаны два основные способа того, как отключить Hyper-Threading. Хоть и более сложным номинально считается второй из них, но он более практичный по той причине, что не требует перезагрузки компьютера.

Модели процессоров с поддержкой НТ

Изначально, как было уже отмечено ранее, поддержка Hyper-Threading была реализована лишь только в процессорных устройствах серии Pentium 4 и только в исполнении PGA478. А вот уже в рамках LGA1156 и более поздних вычислительных платформ рассматриваемая в рамках данного материала технология использовалась практически во всех возможных моделях чипов. С ее помощью процессоры Celeron превращались из одноядерного в двухпоточное решение. В свою очередь, Penrium и i3 с ее помощью могли уже обрабатывать 4 потока кода. Ну а флагманские решения серии i7 способны одновременно работать с 8 логическими процессорами.

Для наглядности приведем применение НТ в рамках актуальной вычислительной платформы от Intel - LGA1151:

• ЦПУ серии Celeron не поддерживают эту технологию и имеют всего 2 вычислительных блока.
• Чипы линейки Pentium оснащены 2 ядрами и четырьмя потоками. Как результат, НТ в этом случае поддерживается в полном объеме.
• Аналогичную компоновку имеют и более производительные процессорные устройства модельного ряда Core i3: 2 физических модуля могут работать в 4 потока.
• Как и наиболее бюджетные чипы Celeron, Core i5 не оснащены поддержкой НТ.
• Флагманские решения i7 тоже поддерживают HT. Только в этом случае вместо 2 реальны ядер есть уже 4 блока обработки кода. Они, в свою очередь, уже могут работать в 8 потоков.

Hyper-Threading - что этоза технология и каково ее основное назначение? Это логическая многозадачность, которая позволяет путем минимальных корректировок аппаратного обеспечения увеличить производительность компьютерной системы в целом.

В каких случаях эту технологию наиболее оптимально использовать?

В некоторых случаях, как было отмечено ранее, НТ увеличивает быстродействие, с которым обрабатывает программный код процессор. Hyper-Threading может эффективно работать только с распаленным софтом. Типичными его примерами являются кодировщики видео и аудиоконтента, профессиональные графические пакеты и архиваторы. Также наличие такой технологии позволяет существенно улучшить быстродействие серверной системы. А вот при однопоточной реализации программного кода нивелируется наличие Hyper-Threading, то есть получается обычный процессор, который решает на одном ядре одну задачу.

Преимущества и недостатки

Есть определенные недостатки у технологии Intel Hyper-Threading. Первый из них - это возросшая стоимость ЦПУ. Но большее быстродействие и улучшенная компоновка кремниевого кристалла в любом случае увеличат цену ЦПУ. Также возросшая площадь полупроводниковой основы процессорного устройства приводит к повышению уровня потребляемой мощности и температуры. Разница в этом случае несущественная, и она не превышает 5 %, но она все-таки есть. Больше каких-либо существенных недостатков в этом случае нет.

Теперь о преимуществах. На быстродействие и производительность фирменная технология НТ от компании «Интел» не оказывает, то есть ниже определенного порога у такого компьютера опуститься не получится. Если же программное обеспечение прекрасно поддерживает распараллеленные вычисления, то будет наблюдаться определённый прирост быстродействия и, конечно же, производительности.

Как показывают тесты, в некоторых случаях прирост может достигать 20 %. Наиболее оптимизированным софтом в этом случае являются различные перекодировщики мультимедийного контента, архиваторы и графические пакеты. А вот с играми все уж не так и хорошо. Они, в свою очередь, способны работать в 4 потока, и, как результат, флагманские чипы не способны в этом случае опередить процессорные решения среднего уровня.

Современная альтернатива от AMD

Технология Hyper-Threadingне единственная в своем роде на сегодняшний день. У нее есть реальная альтернатива. Компания AMD с выпуском платформы АМ4 предложила ей достойного конкурента в лице SMT. На аппаратном уровне это идентичные решения. Только вот флагман от «Интел» может обработать 8 потоков, а ведущий чип AMD - 16. Уже одно это обстоятельство указывает на то, что более перспективным является второе решение.

Поэтому компания «Интел» вынуждена в срочном порядке корректировать свои планы по выпуску продукции и предлагать совершенно новые процессорные решения, которые смогут составить достойную конкуренцию новичкам от AMD. Только вот на сегодняшний день они еще не переставлены. Поэтому если нужна доступная компьютерная платформа, то лучше выбирать LGA1151 от «Интел». Если необходим задел по производительности, то предпочтительней будет уже АМ4 от AMD.

Было время, когда понадобилось оценить производительность памяти в контексте технологии Hyper-threading . Мы пришли к выводу, что ее влияние не всегда позитивно. Когда появился квант свободного времени, возникло желание продолжить исследования и рассмотреть происходящие процессы с точностью до машинных тактов и битов, используя программное обеспечение собственной разработки.

Исследуемая платформа

Объект экспериментов – ноутбук ASUS N750JK c процессором Intel Core i7-4700HQ. Тактовая частота 2.4GHz, повышаемая в режиме Intel Turbo Boost до 3.4GHz. Установлено 16 гигабайт оперативной памяти DDR3-1600 (PC3-12800), работающей в двухканальном режиме. Операционная система – Microsoft Windows 8.1 64 бита.

Рис.1 Конфигурация исследуемой платформы.

Процессор исследуемой платформы содержит 4 ядра, что при включении технологии Hyper-Threading обеспечивает аппаратную поддержку 8 потоков или логических процессоров. Эту информацию Firmware платформы передает операционной системе посредством ACPI-таблицы MADT (Multiple APIC Description Table). Поскольку платформа содержит только один контроллер оперативной памяти, таблица SRAT (System Resource Affinity Table), декларирующая приближенность процессорных ядер к контроллерам памяти, отсутствует. Очевидно, исследуемый ноутбук не является NUMA-платформой , но операционная система, в целях унификации, рассматривает его как NUMA-систему с одним доменом, о чем говорит строка NUMA Nodes = 1. Факт, принципиальный для наших экспериментов – кэш память данных первого уровня имеет размер 32 килобайта на каждое из четырех ядер. Два логических процессора, разделяющие одно ядро, используют кэш-память первого и второго уровней совместно.

Исследуемая операция

Исследовать будем зависимость скорости чтения блока данных от его размера. Для этого выберем наиболее производительный метод, а именно чтение 256-битных операндов посредством AVX-инструкции VMOVAPD. На графиках по оси X отложен размер блока, по оси Y – скорость чтения. В окрестности точки X, соответствующей размеру кэш-памяти первого уровня, ожидаем увидеть точку перегиба, поскольку производительность должна упасть после того, как обрабатываемый блок выйдет за пределы кэш-памяти. В нашем тесте, в случае многопоточной обработки, каждый из 16 инициируемых потоков, работает с отдельным диапазоном адресов. Для управления технологией Hyper-Threading в рамках приложения, в каждом из потоков используется API-функция SetThreadAffinityMask, задающая маску, в которой каждому логическому процессору соответствует один бит. Единичное значение бита разрешает использовать заданный процессор заданным потоком, нулевое значение – запрещает. Для 8 логических процессоров исследуемой платформы, маска 11111111b разрешает использовать все процессоры (Hyper-Threading включен), маска 01010101b разрешает использовать по одному логическому процессору в каждом ядре (Hyper-Threading выключен).

На графиках используются следующие сокращения:

MBPS (Megabytes per Second) – скорость чтения блока в мегабайтах в секунду ;

CPI (Clocks per Instruction) – количество тактов на инструкцию ;

TSC (Time Stamp Counter) – счетчик процессорных тактов .

Примечание.Тактовая частота регистра TSC может не соответствовать тактовой частоте процессора при работе в режиме Turbo Boost. Это необходимо учитывать при интерпретации результатов.

В правой части графиков визуализируется шестнадцатеричный дамп инструкций, составляющих тело цикла целевой операции, выполняемой в каждом из программных потоков, или первые 128 байт этого кода.

Опыт №1. Один поток

Рис.2 Чтение одним потоком

Максимальная скорость 213563 мегабайт в секунду. Точка перегиба имеет место при размере блока около 32 килобайт.

Опыт №2. 16 потоков на 4 процессора, Hyper-Threading выключен

Рис.3 Чтение шестнадцатью потоками. Количество используемых логических процессоров равно четырем

Hyper-Threading выключен. Максимальная скорость 797598 мегабайт в секунду. Точка перегиба имеет место при размере блока около 32 килобайт. Как и ожидалось, по сравнению с чтением одним потоком, скорость выросла приблизительно в 4 раза, по количеству работающих ядер.

Опыт №3. 16 потоков на 8 процессоров, Hyper-Threading включен

Рис.4 Чтение шестнадцатью потоками. Количество используемых логических процессоров равно восьми

Hyper-Threading включен. Максимальная скорость 800722 мегабайт в секунду, в результате включения Hyper-Threading почти не выросла. Большой минус – точка перегиба имеет место при размере блока около 16 килобайт. Включение Hyper-Threading немного увеличило максимальную скорость, но падение скорости теперь наступает при вдвое меньшем размере блока – около 16 килобайт, поэтому существенно упала средняя скорость. Это не удивительно, каждое ядро имеет собственную кэш-память первого уровня, в то время, как логические процессоры одного ядра, используют ее совместно.

Выводы

Исследованная операция достаточно хорошо масштабируется на многоядерном процессоре. Причины – каждое из ядер содержит собственную кэш-память первого и второго уровней, размер целевого блока сопоставим с размером кэш-памяти, и каждый из потоков работает со своим диапазоном адресов. В академических целях мы создали такие условия в синтетическом тесте, понимая, что реальные приложения обычно далеки от идеальной оптимизации. А вот включение Hyper-Threading, даже в этих условиях дало негативный эффект, при небольшой прибавке пиковой скорости, имеет место существенный проигрыш в скорости обработки блоков, размер которых находится в диапазоне от 16 до 32 килобайт.

Одним из важнейших элементов в позиционировании процессоров Intel внутри линеек, является технология Hyper-Threading . А точнее, ее отсутствие в процессоре, или наличие. За что же отвечает эта технология? Intel Hyper-Threading , это технология для эффективного использования ресурсов ядер процессора (CPU), позволяя одновременно обрабатывать несколько потоков на одно ядро.

Попробуем привести пример аналогичной системы из жизни. Представьте себе пограничный пост с контролем каждой машины, множеством таможенников и одной полосой на подъезд для автомобилей. Скапливается пробка, процесс тормозится сам по себе даже вне зависимости от скорости работы сотрудников. А учитывая, что полоса одна, то половина сотрудников просто скучает. И тут внезапно открывают еще одну полосу для автотранспорта и автомобили начинают подъезжать в два потока. Скорость работы увеличивается, свободные сотрудники начинают работать, а пробка из желающих пересечь границу становится значительно меньше. Как итог, не увеличивая размеров таможни и количества сотрудников, увеличилась пропускная способность и эффективность работы одного поста.

Даже самое мощное процессорное ядро должно получать информацию без задержек, чтобы оперативно обрабатывать ее. Как только на входе образуется «пробка» из данных, процессор начинает простаивать, ожидая, когда же до него дойдет та, или иная информация для обработки.

Чтобы избежать этого, в далеком 2002 году появилась технология Hyper-Threading , которая имитировала появление второго ядра в системе, благодаря чему, заполнение мощностей ядра происходило оперативней.

Как показала практика, мало кто знает, как на самом деле работает технология Intel Hyper-Threading . Большинство уверено, что у них в процессоре просто живет несколько дополнительных виртуальных ядер. Но на самом деле, количество ядер не изменяется, изменяется именно количество потоков, и это критически важно. Просто у каждого ядра появляется дополнительный канал ввода-вывода информации. Ниже видео, как оно работает на самом деле.

Как же устроена технология HT, и откуда берутся дополнительные потоки? На самом деле, все достаточно просто. Для реализации этой технологии, к каждому ядру дополняется один контроллер и набор регистров. Таким образом, как только поток данных становится больше, чем пропускная способность одного канала, подключается второй канал. Таким образом, устраняется простой незадействованных блоков процессора.

В эпоху одноядерных процессоров (Intel Pentium 4), технология HT стала спасением для тех, кто не мог купить более дорогой процессор (Pentium D). Но сегодня известны случаи снижения производительности при активации HT. Почему так происходит? Все довольно просто. Для распараллеливания данных, и правильной обработки процесса тоже уходят некоторые мощности процессора. И как только физических ядер становится достаточно для обработки информации без простоя блоков, производительность немного снижается из-за отобранных технологией HT ресурсов. Поэтому самый худший вариант работы Hyper-Threading, это не отсутствие увеличения производительности, а ее снижение. Но на практике такое случается очень редко.

С выходом восьмитысячной линейки процессоров Intel семейства Core, этот вопрос стал особенно актуален – а нужен ли Hyper-Threading вообще? Ведь даже процессоры Core i5 несут в себе полноценные шесть ядер. Если не говорить о профессиональных приложениях по обработке графики, рендеринге и т.д., то есть вероятность, что шесть физических ядер хватит на все офисные приложения и игры. Поэтому, если изначально считалось, что технология HT прибавляет процессору до 30% производительности, то теперь это не аксиома, и все будет зависеть от вашего стиля работы за компьютером и набора пользуемых утилит.

Разумеется, текст был бы неполным без тестирования. Поэтому мы возьмём имеющиеся у нас процессоры Intel Core i7 8700K и 7700K , и проверим в нескольких играх и приложениях производительность процессоров с активированным Hyper-Threading , и деактивированным. По итогу тестирования станет понятно, в каких приложениях виртуальные ядра добавляют производительности, а в каких остаются незамеченными.

Популярный 3DMark не особо охотно откликается на увеличение ядер и потоков. Прирост есть, но он ничтожный.

В различного рода вычислениях и обработке ядра и потоки всегда рулили. Здесь Hyper-Threading просто необходим, он очень сильно увеличивает производительность.

В играх ситуация проще. В большинстве случаев увеличение количества потоков не дает результатов, т.е. играм достаточно 4 физических ядер, а в большинстве случаев, даже меньше. Исключение составил лишь GTA5, которая очень хорошо отозвалась на отключение НТ, и прибавила 7% производительности, и только на шестиядерном процессоре 8700К. Отключение многопоточности на 7700К не дало никаких результатов. Мы несколько раз перепрогнали бенчмарки и результаты были неизменны. Но это скорее исключение из правил. Все протестированные игр легко довольствуются четырьмя ядрами.

Одним из важнейших элементов в позиционировании процессоров Intel внутри линеек, является технология Hyper-Threading. А точнее, ее отсутствие в процессоре, или наличие. За что же отвечает эта технология? Intel Hyper-Threading, это технология для эффективного использования ресурсов ядер процессора (CPU), позволяя одновременно обрабатывать несколько потоков на одно ядро. Попробуем привести пример аналогичной системы из жизни. Представьте себе пограничный пост с контролем каждой машины, множеством таможенников и одной полосой на подъезд для автомобилей. Скапливается пробка, процесс тормозится сам по себе даже вне зависимости от скорости работы сотрудников. А учитывая, что полоса одна, то половина сотрудников просто скучает. И тут внезапно открывают еще одну полосу для автотранспорта и автомобили начинают подъезжать в два потока. Скорость работы увеличивается, свободные сотрудники начинают работать, а пробка из желающих пересечь границу становится значительно меньше. Как итог, не увеличивая размеров таможни и количества сотрудников, увеличилась пропускная способность и эффективность работы одного поста. Даже самое мощное процессорное ядро должно получать информацию без задержек, чтобы оперативно обрабатывать ее. Как только на входе образуется «пробка» из данных, процессор начинает простаивать, ожидая, когда же до него дойдет та, или иная информация для обработки. Чтобы избежать этого, в далеком 2002 году появилась технология Hyper-Threading, которая имитировала появление второго ядра в системе, благодаря чему, заполнение мощностей ядра происходило оперативней. Как показала практика, мало кто знает, как на самом деле работает технология Intel Hyper-Threading. Большинство уверено, что у них в процессоре просто живет несколько дополнительных виртуальных ядер. Но на самом деле, количество ядер не изменяется, изменяется именно количество потоков, и это критически важно. Просто у каждого ядра появляется дополнительный канал ввода-вывода информации. Ниже видео, как оно работает на самом деле. Как же устроена технология HT, и откуда берутся дополнительные потоки? На самом деле, все достаточно просто. Для реализации этой технологии, к каждому ядру дополняется один контроллер и набор регистров. Таким образом, как только поток данных становится больше, чем пропускная способность одного канала, подключается второй канал. Таким образом, устраняется простой незадействованных блоков процессора. В эпоху одноядерных процессоров (Intel Pentium 4), технология HT стала спасением для тех, кто не мог купить более дорогой процессор (Pentium D). Но сегодня известны случаи снижения производительности при активации HT. Почему так происходит? Все довольно просто. Для распараллеливания данных, и правильной обработки процесса тоже уходят некоторые мощности процессора. И как только физических ядер становится достаточно для обработки информации без простоя блоков, производительность немного снижается из-за отобранных технологией HT ресурсов. Поэтому самый худший вариант работы Hyper-Threading, это не отсутствие увеличения производительности, а ее снижение. Но на практике такое случается очень редко. С выходом восьмитысячной линейки процессоров Intel семейства Core, этот вопрос стал особенно актуален – а нужен ли Hyper-Threading вообще? Ведь даже процессоры Core i5 несут в себе полноценные шесть ядер. Если не говорить о профессиональных приложениях по обработке графики, рендеринге и т.д., то есть вероятность, что шесть физических ядер хватит на все офисные приложения и игры. Поэтому, если изначально считалось, что технология HT прибавляет процессору до 30% производительности, то теперь это не аксиома, и все будет зависеть от вашего стиля работы за компьютером и набора пользуемых утилит. Разумеется, текст был бы…

"…И мы горды — и враг наш горд
Рука, забудь о лени. Посмотрим,
кто у чьих ботфорт в конце
концов склонит свои колени…"
© х/ф "Д"артаньян и три мушкетера"

Некоторое время назад автор позволил себе "слегка поворчать" по поводу новой парадигмы от Intel — Hyper Threading. К чести корпорации Intel, недоумение автора не осталось ею незамеченной. А посему автору предложили помощь в выяснении (как деликатно дали оценку менеджеры корпорации ) "настоящей" ситуации с технологией Hyper Threading. Ну что же — желание выяснить истину можно только похвалить. Не так ли, уважаемый читатель? По крайней мере, именно так звучит одна из прописных истин: правда — это хорошо . Что ж, будем стараться действовать в соответствии с данной фразой. Тем более, что действительно появилось некоторое количество новых сведений.

Для начала сформулируем, что же именно мы знаем про технологию Hyper Threading:

1. Данная технология предназначена для увеличения эффективности работы процессора. Дело в том, что, по оценкам Intel, большую часть времени работает всего 30% (кстати, достаточно спорная цифра — подробности ее вычисления неизвестны ) всех исполнительных устройств в процессоре. Согласитесь, это достаточно обидно. И то, что возникла идея каким-то образом "догрузить" остальные 70% — выглядит вполне логично (тем более что сам по себе процессор Pentium 4, в котором и внедрят эту технологию, отнюдь не страдает от избыточной производительности на мегагерц ). Так что эту идею автор вынужден признать вполне здравой.

2. Суть технологии Hyper Threading состоит в том, что во время исполнения одной "нити" программы простаивающие исполнительные устройства могут заняться исполнением другой "нити" программы (или "нити" другой программы ). Или, например, исполняя одну последовательность команд, ожидать данных из памяти для исполнения другой последовательности.

3. Естественно, выполняя различные "нити", процессор должен каким-либо образом отличать, какие команды к какой "нити" относятся. Значит, есть какой-то механизм (некая метка ), благодаря которой процессор отличает, к какой "нити" относятся команды.

4. Ясно также, что, учитывая небольшое количество регистров общего назначения в архитектуре х86 (всего 8 ), у каждой нити свой набор регистров. Впрочем, это уже давно не новость — данное ограничение архитектуры уже довольно давно обходится при помощи "переименования регистров". Другими словами, физических регистров намного больше, чем логических. В процессоре Pentium III их 40. Наверняка это число для Pentium 4 больше — у автора есть ничем не обоснованное (кроме соображений "симметрии" :-) мнение, что их порядка сотни. Никаких достоверных сведений об их количестве найти не удалось. По неподтвержденным пока данным, их 256 . По другим данным — другое число. В общем, полная неопределенность…. Кстати, позиция Intel по этому поводу совершенно непонятна:-(— автору непонятно, чем вызвана подобная секретность .

5. Также известно, что в случае, когда несколько "нитей" претендуют на одни и те же ресурсы, либо одна из "нитей" ждет данных — во избежание падения производительности программисту необходимо вставлять специальную команду — "pause". Естественно, это потребует очередной перекомпиляции программ.

6. Также понятно, что возможны ситуации, когда попытки одновременного исполнения нескольких "нитей" приведут к падению производительности. Например, из-за того, что размер кэша L2 не бесконечный, а активные "нити" будут пытаться загрузить кэш — возможна ситуация, когда такая "борьба за кэш" приведет к постоянной очистке и перезагрузке данных в кэше второго уровня.

7. Intel утверждает, что при оптимизации программ под данную технологию выигрыш будет составлять до 30%. (Вернее, Intel утверждает, что на сегодняшних серверных приложениях и сегодняшних системах до 30% ) Гм…. Это более чем достаточный стимул для оптимизации.

Ну что же, некоторые особенности мы сформулировали. Теперь давайте попробуем обдумать некоторые следствия (по возможности опираясь на известные нам сведения ). Что же можно сказать? Ну, во-первых, необходимо тщательнее разобраться, что же именно нам предлагают. Так ли "бесплатен" этот сыр? Для начала разберемся, как именно будет происходить "одновременная" обработка нескольких "нитей". Кстати, что подразумевает корпорация Intel под словом "нить"?

У автора сложилось впечатление (возможно, ошибочное ), что в данном случае имеется ввиду программный фрагмент, который мультизадачная операционная система назначает на исполнение одному из процессоров мультипроцессорной аппаратной системы. "Постойте!" — заявит внимательный читатель — "это же одно из определений! Что тут нового?". А ничего — в данном вопросе автор на оригинальность не претендует. Разобраться бы, что "наоригинальничала" Intel:-). Ну что же — примем в качестве рабочей гипотезы.

Далее — исполняется некоторая нить. Тем временем декодер команд (кстати, полностью асинхронный и не входящий в пресловутые 20 стадий Net Burst ) осуществляет выборку и дешифрацию (со всеми взаимозависимостями ) в микроинструкции . Здесь надо пояснить, что автор подразумевает под словом "асинхронный" — дело в том, что результат "разваливания" х86 команд в микроинструкции происходит в блоке дешифрации. Каждая команда х86 может быть декодирована в одну, две, или более микроинструкций. При этом на стадии обработки выясняются взаимозависимости, доставляются необходимые данные по системной шине. Соответственно, скорость работы этого блока часто будет зависеть от скорости доступа данных из памяти — и в худшем случае определяется именно ею. Было бы логично "отвязать" его от того конвейера, в котором, собственно, и происходит выполнение микроопераций. Это было сделано путем помещения блока дешифрации перед trace cache. Чего мы этим добиваемся? А добиваемся мы при помощи такой "перестановки блоков" местами простой вещи — если в trace cache есть микроинструкции для исполнения — процессор работает более эффективно. Естественно, этот блок работает на частоте процессора — в отличие от Rapid Engine. Кстати, у автора сложилось впечатление, что данный декодер представляет собой нечто вроде конвейера длиной до 10–15 стадий. Таким образом, от выборки данных из кэша до получения результата проходит, по всей видимости, порядка 30 — 35 стадий (включая конвейер Net Burst , см. Microdesign Resources August2000 Microprocessor report Volume14 Archive8, page12).

Полученный набор микроинструкций вместе со всеми взаимозависимостями накапливается в trace cache — в том самом, который приблизительно 12 000 микроопераций. По приблизительным оценкам источник такой оценки — строение микроинструкции P6; дело в том, что принципиально длина инструкций вряд ли кардинально поменялась (считая длину микроинструкции вместе со служебными полями порядка 100 бит ) размер trace cache получается от 96 КБ до 120 КБ!!! Однако! На фоне этого кэш данных размером 8 КБ выглядит как-то несимметрично:-)… и бледно. Конечно, при увеличении размера увеличиваются задержки доступа (к примеру, при увеличении до 32КБ задержки вместо двух тактов составят 4 ). Но неужели так важна скорость доступа в этот самый кэш данных, что увеличение задержки на 2 такта (на фоне общей длины всего конвейера ) делает такое увеличение объема невыгодным? Или дело просто в нежелании увеличивать размер кристалла? Но тогда при переходе на 0.13 мкм первым делом стоило увеличить именно этот кэш (а не кэш второго уровня ). Сомневающимся в данном тезисе стоило бы припомнить переход с Pentium на Pentium MMX — благодаря увеличению кэша первого уровня вдвое практически все программы получали 10 — 15% прироста производительности. Что же говорить об увеличении вчетверо (особенно учитывая, что скорости процессоров выросли до 2ГГц, а коэффициент умножения — с 2.5 до 20 )? По неподтвержденным данным, в следующей модификации ядра Pentium4 (Prescott) кэш первого уровня таки увеличат до 16 или 32 КБ. Также увеличится кэш второго уровня. Впрочем, на сегодняшний момент все это не более чем слухи. Откровенно говоря, слегка непонятная ситуация. Хотя — оговоримся — автор вполне допускает, что подобной идее мешает некая конкретная причина. Как пример — подойдут некие требования по геометрии расположения блоков или банальная нехватка свободного места вблизи конвейера (ясно ведь, что необходимо расположить кэш данных поближе к ALU ).

Не отвлекаясь, смотрим на процесс дальше. Конвейер работает — пусть нынешние команды задействуют ALU. Ясно, что FPU, SSE, SSE2 и прочие при этом простаивают. Не тут-то было — вступает в действие Hyper Threading. Заметив, что готовы микроинструкции вместе с данными для новой нити, блок переименования регистров выделяет новой нити порцию физических регистров. Кстати, возможны два варианта — блок физических регистров общий для всех нитей, или же отдельный для каждого. Судя по тому, что в презентации Hyper Threading от Intel в качестве блоков, которые надо изменять, блок переименования регистров не указан — выбран первый вариант. Это хорошо или плохо? С точки зрения технологов — явно хорошо, ибо экономит транзисторы. С точки зрения программистов — пока неясно. Если количество физических регистров действительно 128, то при любом разумном количестве нитей ситуации "нехватка регистров" возникнуть не может. Затем они (микроинструкции ) отправляются в планировщик, который, собственно, направляет их на исполнительное устройство (если оно не занято ) или "в очередь", если данное исполнительное устройство сейчас недоступно. Таким образом, в идеале достигается более эффективное спользование имеющихся исполнительных устройств. В это время сам процессор с точки зрения ОС выглядит как два "логических" процессора . Гм… Неужели все так безоблачно? Давайте присмотримся к ситуации: часть оборудования (как-то кэши, Rapid Engine, модуль предсказания переходов ) являются общими для обоих процессоров. Кстати, точность предсказания переходов от этого, скорее всего, слегка пострадает . Особенно, если исполняемые одновременно нити не связаны друг с другом. А часть (например, MIS — планировщик последовательности микрокоманд — подобие ПЗУ, содержащее набор заранее запрограммированных последовательностей обычных операций и RAT — таблица переименования [псевдонимов] регистров ) блоков должна отличать различные нити, запущенные на "разных" процессорах. Попутно (из общности кэша ) следует, что, если две нити являются "жадными" к кэшу (то есть увеличение кэша дает большой эффект ), то применение Hyper Threading способно даже снизить скорость . Это происходит потому, что на сегодняшний момент реализован "конкурентный" механизм борьбы за кэш — "активная" в данный момент нить вытесняет "неактивную". Впрочем, механизм кэширования, по-видимому, может измениться. Также понятно, что скорость (по крайней мере, на текущий момент ) будет снижаться в тех приложениях, в которых она снижалась и в честном SMP. Как пример — SPEC ViewPerf обычно на однопроцессорных системах показывает более высокие результаты. А посему наверняка на системе с Hyper Threading результаты будут меньше, чем без нее. Собственно, результаты практического тестирования Hyper Threading можно посмотреть по .

Кстати, в интернет проскакивала информация о том, что ALU в Pentium 4 16 разрядные . Сначала автор относился к подобной информации весьма скептически — дескать, чего завистники удумали:-). А потом публикация подобной информации в Micro Design Report заставила таки задуматься — а вдруг правда? И, хотя информация об этом к теме статьи прямого отношения не имеет - трудно удержаться:-). Насколько автору "хватило понимания", суть в том, что ALU действительно 16-разрядный. Подчеркиваю — только ALU . К разрядности самого процессора это отношения не имеет. Таким образом, за полтакта (это называется тик, tick ) ALU (удвоенной частоты, как Вы помните ) вычисляет только 16 разрядов. Вторые 16 вычисляются за следующие полтакта. Отсюда, кстати, легко понятна необходимость сделать ALU вдвое быстрее — это необходимо для своевременного "перемалывания" данных. Таким образом, полных 32 разряда вычисляются за полный такт. На самом деле, по-видимому, необходимы 2 такта из-за необходимости "склеивать" и "расклеивать" разряды — но этот вопрос необходимо уточнить. Собственно, раскопки (про которые можно написать отдельную поэму) дали следующее: каждое ALU поделено на 2 16-разрядные половинки. Первые полтакта первая половинка обрабатывает 16 разрядов двух чисел и формируют биты переносов для вторых половинок. Вторая половинка в это время заканчивает обработку предыдущих чисел. Второй тик — первая половинка ALU обрабатывает 16 разрядов от следующей пары чисел и формирует их переносы. Вторая половинка обрабатывает старшие 16 разрядов первой пары чисел и получает готовый 32-разрядный результат. Задержка получения 1 результата — 1 такт, но потом каждые полтакта вылезает по 1 32-разрядному результату. Достаточно остроумно и эффективно. Почему же была выбрана именно такая модель ALU? По видимому, подобной организацией Intel убивает несколько "зайцев":

1. Ясно, что конвейер "шириной" 16 разрядов разгонять легче, чем шириной 32 разряда — просто по причине наличия перекрестных помех и К о

2. По-видимому, Интел счел операции целочисленного вычисления достаточно часто встречающимися, чтобы ускорять именно ALU, а не, скажем, FPU. Вероятно, при вычислении результатов целочисленных операций используются либо таблицы, либо схемы "с накоплением переноса". Для сравнения, одна 32-битная таблица это 2E32 адресов, т.е. 4гигабайта. Две 16-разрядные таблицы это 2х64кб или 128 килобайт — почувствуйте разницу! Да и накопление переносов в двух 16-разрядных порциях происходит быстрее, чем в одной 32-разрядной.

3. Экономит транзисторы и… тепло. Ведь ни для кого не секрет, что все эти архитектурные ухищрения греются. По видимому, это была достаточно большая (а, возможно, и главная ) проблема — чего стоит, к примеру, Thermal Monitor как технология! Ведь необходимости в подобной технологии как таковой не очень много — то есть, конечно, приятно, что она есть. Но давайте говорить честно — простой блокировки хватило бы для достаточной надежности. Раз такая сложная технология была предусмотрена — значит, всерьез рассматривался вариант, когда подобные изменения частоты на ходу были одним из штатных режимов работы. А, может, основным? Ведь не зря ходили слухи, что Pentium 4 задумывался с гораздо большим количеством исполнительных устройств. Тогда проблема тепла должна была стать просто основной. Вернее, по тем же слухам, тепловыделение должно было составить до 150 Вт . А тогда очень логично принять меры к тому, чтобы процессор работал "в полную силу" только в таких системах, где обеспечено нормальное охлаждение. Тем более, что большинство корпусов "китайского" происхождения продуманностью конструкции с точки зрения охлаждения отнюдь не блещут. Гм…. Далековато забрались:-)

Но все это теоретизирования. Есть ли сегодня процессоры, в которых применяется эта технология? Есть. Это Xeon (Prestonia ) и XeonMP. Причем, интересно, что XeonМР от Xeon отличается поддержкой до 4 процессоров (чипсеты типа IBM Summit поддерживают до 16 процессоров, методика приблизительно такая же, как и в чипсете ProFusion ) и наличием кэша третьего уровня объемом 512 КБ и 1 МБ, интегрированного в ядро. Кстати, а почему интегрировали кэш именно третьего уровня? Почему не увеличен кэш первого уровня ? Должна же быть какая-то разумная причина…. Почему не увеличили кэш второго уровня? Возможно, причина в том, что Advanced Transfer Cache нуждается в относительно небольших задержках. А увеличение объема кэша приводит к увеличению задержек. Посему кэш третьего уровня для ядра и кэша второго уровня вообще «представляется» как шина. Просто шина:-). Так что прогресс налицо — сделано все, чтобы данные подавались в ядро как можно быстрее (а, попутно, поменьше загружалась шина памяти ).

Ну что же — получается, никаких особо узких мест и нет? Что же автор, так и не сможет "поворчать"? Один процессор - а ОС видит два. Хорошо! Два процессора — а ОС видит 4! Кррасота! Стоп! А какая это ОС у нас работает с 4-мя процессорами? Операционные системы от Микрософт, которые понимают больше двух процессоров, стоят совсем других денег. Например, 2000 Professional, XP Professional, NT4.0 понимают только два процессора. А, учитывая, что пока что данная технология предназначается на рынок рабочих станций (и серверов ) и есть только в соответствующих процессорах - получается просто чертовски обидно. На сегодня мы можем использовать процессора с такой технологией, только купив двухпроцессорную плату и поставив один процессор. Чем дальше, тем "страньше", как говаривала Алиса в стране чудес…. То есть, человек, жаждущий использовать данную технологию, просто вынужден покупать версии Server и Advanced Server нынешних операционных систем. Ох, и дороговат выходит "бесплатный" процессор…. Стоит добавить, пожалуй, что в настоящий момент Intel активно "общается" с Microsoft, пытаясь привязать политику лицензирования к физическому процессору. По крайней мере, согласно документу , новые операционные системы от Microsoft будут лицензироваться по физическим процессорам. По крайней мере, WindowsXP лицензируется именно по количеству физических процессоров.

Естественно, всегда можно обратиться к операционным системам других производителей. Да только будем откровенными — это не очень хороший выход из текущей ситуации…. Так что можно понять колебания Интел, которая довольно долго думала — использовать эту технологию, или нет.

Ну что же — не забываем достаточно важный вывод: применение Hyper Threading способно привести как к выигрышу, так и к проигрышу в производительности . Ну а поскольку проигрыш нами уже обсужден — попробуем понять, что же необходимо для выигрыша: а для выигрыша необходимо, чтобы об этой технологии знали:

1. BIOS материнской платы
2. Операционная система (!!!)
3. Собственно, само приложение

Вот на этом моменте позвольте остановиться поподробнее — дело в том, что за BIOS дело не станет. Операционную систему мы обсудили чуть ранее. А вот в те нити, которые, например, ожидают данных из памяти — придется вводить специальную команду pause , чтобы не замедлять работу процессора; ведь при отсутствии данных нить способна блокировать те или иные исполнительные устройства. А чтобы вставить эту команду, приложения придется перекомпилировать — это не есть хорошо, но, с легкой руки Intel, к этому в последнее время все стали привыкать:-). Таким образом, основной (по мнению автора ) недостаток технологии Hyper Threading — это необходимость очередной компиляции. Основное преимущество такого подхода - подобная перекомпиляция попутно (и, скорее всего, более заметно:-) подымет производительность в "честных" двухпроцессорных системах — а это можно только приветствовать. Кстати, уже есть экспериментальные , которые подтверждают, что в большинстве случаев программы, оптимизированные под SMP , выигрывают от Hyper Threading от 15% до 18%. Это весьма неплохо. Кстати, там же можно увидеть, в каких случаях Hyper Threading приводит к падению производительности.

И напоследок давайте попробуем пофантазировать, что же может измениться (улучшиться ) в дальнейшем развитии этой идеи. Достаточно очевидно, что развитие данной технологии будет прямо связано с развитием ядра Pentium 4. Таким образом, представим себе потенциальные изменения в ядре. Что там у нас дальше по плану? 0.09 микронная технология, более известная как 90нм…. Автор склонен считать (на сегодняшний момент ), что развитие данного семейства процессоров пойдет сразу по нескольким направлениям:

• Благодаря более "тонкому" техпроцессу частота процессора станет еще выше.
• Будем надеяться, что кэш данных увеличат. Хотя бы до 32КБ.
• Сделают "честное", 32 разрядное ALU. Это должно поднять производительность.
• Увеличат скорость системной шины (впрочем, это уже в ближайших планах ).
• Сделают двухканальную DDR память (опять же, ждать осталось относительно недолго ).
• Возможно, введут аналог технологии х86-64, если данная технология (усилиями AMD ) приживется. При этом автор изо всех сил надеется, что этот аналог будет совместимым с х86-64. Хватит уже плодить несовместимых друг с другом расширений…. Опять же, небезынтересным для нас будет Джерри Сандерса, в котором тот заявил, что AMD и Intel в прошлом году договорились о кросс-лицензировании на все, кроме системной шины Pentium4. Значит ли это, что Intel встроит х86-64 в следующее ядро Pentium4 (Prescott), а AMD встроит в свои процессора Hyper Threading? Вопрос интересный….
• Возможно, будет увеличено количество исполнительных устройств. Правда, как и предыдущий, это достаточно спорный пункт, поскольку требует практически полного перепроектирования ядра — а это долгий и трудоемкий процесс.

Интересно, будет ли развиваться идея Hyper Threading? Дело в том, что в количественном отношении ей развиваться особо некуда — понятно, что два физических процессора лучше трех логических. Да и позиционировать будет нелегко…. Интересно, что Hyper Threading может пригодиться и при интегрировании двух (или более ) процессоров на кристалл. Ну а под качественными изменениями автор имеет ввиду, что наличие такой технологии в обычных десктопах приведет к тому, что фактически большинство пользователей будут работать на [почти] двухпроцессорных машинах — что очень хорошо. Хорошо потому, что подобные машины работают не в пример "плавнее" и "отзывчивее" на действия пользователя даже под большой нагрузкой. Сие, с точки зрения автора, есть весьма хорошо.

Вместо послесловия

Автор должен признаться, что в течение работы над статьей его отношение к Hyper Threading неоднократно менялось. По мере того, как собиралась и обрабатывалась информация — отношение становилось то в целом положительным, то наоборот:-). На сегодняшний момент можно написать следующее:

есть только два способа повышать производительность — повышать частоту, и повышать производительность за такт. И, если вся архитектура Pentium4 рассчитана на первый путь, то Hyper Threading — как раз второй. Уже с этой точки зрения ее можно только приветствовать. Так же Hyper Threading несет несколько интересных следствий, как-то: изменение парадигмы программирования, привнесение многопроцессорности в массы, увеличение производительности процессоров. Однако, на этом пути есть несколько "больших кочек", на которых важно не "застрять": отсутствие нормальной поддержки со стороны операционных систем и, самое главное, необходимость перекомпиляции (а в некоторых случаях и смены алгоритма ) приложений, чтобы они в полной мере смогли воспользоваться преимуществами Hyper Threading. К тому же, наличие Hyper Threading сделало бы возможной действительно параллельную работу операционной системы и приложений — а не "кусками" по очереди, как сейчас. Конечно, при условии, что хватит свободных исполнительных устройств.

Автор хотел подчеркнуть бы свою признательность Максиму Леню (aka C.A.R.C.A.S.S.) и Илье Вайцману (aka Stranger_NN) за неоднократную и неоценимую помощь при написании статьи.
Также хотелось бы сказать спасибо всем участникам форума, которые неоднократно высказывали ценные замечания.

Многие процессоры Intel включают модули с поддержкой Hyper-Threading Technology, которая, в соответствии с идеей разработчиков, должна способствовать увеличению производительности микросхемы и ускорению работы ПК в целом. Какова специфика данного решения от американской корпорации? Каким образом можно использовать преимущества Hyper-Threading?

Основные сведения о технологии

Рассмотрим ключевые сведения о Hyper-Threading. Что это за технология? Ее разработала компания Intel и впервые представила общественности в 2001 году. Целью ее создания было увеличение производительности серверов. Основной принцип, реализованный в Hyper-Threading — распределение процессорных вычислений на несколько потоков. Причем это возможно, даже если на соответствующего типа микросхеме установлено только одно ядро (в свою очередь, если их 2 и более, и потоки в процессоре уже распределены — технология удачно дополняет этот механизм).

Обеспечение работы главной микросхемы ПК в рамках нескольких потоков осуществляется за счет создания копий архитектурных состояний в ходе вычислений. При этом задействуется один и тот же набор ресурсов на микросхеме. Если приложение использует соответствущую возможность, то практически значимые операции осуществляются намного быстрее. Важно также, чтобы технологию, о которой идет речь, поддерживала система ввода-вывода компьютера — BIOS.

Включение Hyper-Threading

Если процессор, установленный в ПК, поддерживает соответствующий стандарт, то он, как правило, активизируется автоматически. Но в некоторых случаях приходится осуществлять вручную необходимые действия, чтобы заработала технология Hyper-Threading. Как включить ее? Очень просто.

Необходимо войти в главный интерфейс BIOS. Для этого в самом начале загрузки компьютера нужно нажать DEL, иногда — F2, F10, реже — иные клавиши, но нужная всегда появляется в одной из строчек текста, отображаемых на экране сразу после включения ПК. В интерфейсе BIOS нужно найти пункт Hyper-Threading: в поддерживающих его версиях системы ввода-вывода он обычно расположен на видном месте. Выбрав соответствующую опцию, следует нажать Enter и активировать ее, отметив как Enabled. Если данный режим уже задан, то значит Hyper-Threading Technology работает. Можно задействовать все ее преимущества. Активировав технологию в настройках, следует сохранить все записи в BIOS, выбрав пункт Save and Exit Setup. После этого компьютер перезагрузится в режиме, когда процессор работает с поддержкой Hyper-Theading. Схожим образом осуществляется отключение Hyper-Threading. Для этого нужно выбрать в соответствующем пункте другую опцию - Disabled и сохранить настройки.

Изучив, как включить Hyper-Threading и дезактивировать данную технологию, рассмотрим ее особенности подробнее.

Процессоры с поддержкой Hyper Threading

Первый процессор, на котором была реализована рассматриваемая концепция компании, согласно некоторым данным — Intel Xeon MP, также известный как Foster MP. Данная микросхема в ряде архитектурных компонентов схожа с Pentium 4, на котором также впоследствии была реализована технология, о которой идет речь. Впоследствии функция многопоточных вычислений была внедрена на серверных процессорах Xeon с ядром Prestonia.

Если говорить о текущей распространенности Hyper-Threading — какие «процы» поддерживают ее? В числе самых популярных микросхем данного типа — те, что относятся к семействам Core и Xeon. Также есть сведения о том, что схожие алгоритмы внедрены в процессорах типа Itanium и Atom.

Изучив основные сведения о Hyper-Threading, процессоры с ее поддержкой, рассмотрим наиболее примечательные факты, касающиеся истории разработки технологии.

История разработки

Как мы отметили выше, компания Intel показала концепцию, о которой идет речь, общественности в 2001 году. Но первые шаги в создании технологии были сделаны еще в начале 90-х. Инженерами американской компании было замечено, что ресурсы процессоров ПК при выполнении ряда операций задействуются не полностью.

Как подсчитали специалисты Intel, во время работы пользователя на ПК микросхема в рамках значительных интервалов — едва ли не основную часть времени - задействуется не слишком активно - примерно на 30%. Мнения экспертов касательно этой цифры очень разные — кто-то считает ее явно заниженной, другие — вполне соглашаются с тезисом американских разработчиков.

Однако большинство IT-специалистов сходилось во мнении, что пусть и не 70% мощностей процессора простаивает, но весьма значительный их объем.

Главная задача разработчиков

Компания Intel решила исправить это положение дел за счет качественно нового подхода к обеспечению эффективности работы главных микросхем ПК. Было предложено создать технологию, которая бы способствовала более активному использованию возможностей процессоров. В 1996 году специалисты Intel начали ее практическую разработку.

Согласно концепции американской корпорации, процессор, обрабатывая данные от одной программы, мог бы направлять простаивающие ресурсы на работу с другим приложением (или компонентом текущего, но имеющим иную структуру и требующим задействования дополнительных ресурсов). Соответствующий алгоритм также предполагал эффективное взаимодействие с другими аппаратными компонентами ПК — оперативной памятью, чипсетом, а также программами.

Intel удалось решить поставленную задачу. Изначально технология называлась Willamette. В 1999 году она была внедрена в архитектуру некоторых процессоров, и началось ее тестирование. Вскоре технология получила современное название — Hyper-Threading. Что это именно было - простой ребрендинг или кардинальные корректировки платформы, сказать сложно. Дальнейшие факты, касающиеся появления технологии на публике и ее реализации в различных моделях процессоров Intel, нам уже известны. В числе распространенных сегодня наименований разработки — Hyper-Threading Technology.

Аспекты совместимости с технологией

Насколько качественно реализована поддержка технологии Hyper-Threading в операционных системах? Можно отметить, что если речь идет о современных версиях Windows, то никаких проблем с тем, чтобы пользователь полноценно задействовал преимущества Intel Hyper-Threading Technology, не возникнет. Разумеется, очень важно также и то, чтобы технологию поддерживала система ввода-вывода — об этом мы сказали выше.

Программные и аппаратные факторы

Касательно старых версий ОС — Windows 98, NT и относительно устаревшей XP, необходимое условие совместимости с Hyper-Threading — поддержка ACPI. Если в ОС она не реализована, то не все потоки вычислений, которые образованы соответствующими модулями, будут распознаны компьютером. Отметим, что Windows XP в целом обеспечивает задействование преимуществ рассматриваемой технологии. Также крайне желательно, чтобы алгоритмы многопоточности были реализованы и в используемых владельцем ПК приложениях.

Иногда может потребоваться ПК — в случае установки на ней процессоров с поддержкой Hyper-Threading вместо тех, которые стояли на ней изначально и не были совместимы с технологией. Однако, как и в случае с операционными системами, особых проблем не будет, если в распоряжении пользователя — современный ПК или хотя бы соответствующий по компонентам «железа» первым процессорам Hyper Threading, как мы отметили выше, реализован в линейке Core, и адаптированные к нему чипсеты на материнских платах полностью поддерживают соответствующие функции микросхемы.

Критерии ускорения

Если компьютер на уровне аппаратных и программных компонентов не будет совместим с Hyper-Threading, то данная технология, в теории, может даже замедлить его работу. Такое положение дел заставило некоторых IT-специалистов усомниться в перспективности решения от Intel. Они решили, что не технологический скачок, а маркетинговый ход лежит в основе концепции Hyper Threading, что который в силу своей архитектуры не способен заметно ускорить работу ПК. Но сомнения критиков были достаточно быстро развеяны инженерами Intel.

Итак, базовые условия для того, чтобы технология была успешно задействована:

Поддержка Hyper-Threading системой ввода-вывода;

Совместимость материнской платы с процессором соответствующего типа;

Поддержка технологии операционной системой и конкретным приложением, работающим в ней.

Если по первым двум пунктам особых проблем не должно появиться, то в аспекте совместимости программ с Hyper-Threading все же могут возникать некоторые накладки. Но можно отметить, что если приложение поддерживает, к примеру, работу с двухъядерными процессорами, то оно будет совместимо, практически гарантированно, с технологией от Intel.

По крайней мере есть исследования, подтверждающие рост производительности программ, адаптированных к двухъядерным микросхемам, примерно на 15-18%, если в процессоре работают модули Intel Hyper Threading. Как отключить их — мы уже знаем (на случай, если у пользователя возникнут сомнения в целесообразности задействования технологии). Но ощутимых поводов для их появления, вероятно, очень немного.

Практическая полезность Hyper-Threading

Дала ли технология, о которой идет речь, ощутимые компании Intel? Есть разные мнения на этот счет. Но очень многие отмечают: настолько стала востребованной технология Hyper-Threading, что это решение стало незаменимым для многих производителей серверных систем, к тому же было положительно встречено рядовыми пользователями ПК.

Аппаратная обработка данных

Основное преимущество технологии — в том, что она реализована в аппаратном формате. То есть основная часть вычислений будет производиться внутри процессора на специальных модулях, а не в виде программных алгоритмов, передаваемых на уровень основного ядра микросхемы — что предполагало бы снижение общей производительности ПК. В целом, как отмечают IT-эксперты, инженерам Intel удалось решить задачу, которая была определена ими в начале разработки технологии — заставить процессор функционировать эффективнее. Действительно, как показали тесты, при решении многих практически значимых для пользователя задач использование Hyper-Threading позволило существенно ускорить работу.

Можно отметить, что среди 4 те микросхемы, которые были оснащены модулями поддержки рассматриваемой технологии, работали существенно эффективнее первых модификаций. Во многом это выражалось в способности ПК функционировать в режиме реальной многозадачности — когда открыто несколько разнотипных приложений Windows, и крайне нежелательно, чтобы в силу активизации потребления ресурсов системы одним из них снижалась скорость работы других.

Одновременное решение разных задач

Таким образом, процессоры с поддержкой Hyper-Threading лучше адаптированы, чем микросхемы, несовместимые с ней, к одновременному запуску, к примеру, браузера, проигрыванию музыки и работе с документами. Разумеется, все эти преимущества чувствуются пользователем на практике, только если программные и аппаратные компоненты ПК характеризуются достаточной совместимостью с подобным режимом работы.

Аналогичные разработки

Технология Hyper-Threading — не единственная, которая создана с целью повышения производительности ПК за счет многопоточных вычислений. У нее есть аналоги.

Например, в процессорах POWER5, выпущенных компанией IBM, также реализована поддержка многопоточности. То есть каждое из (всего на нем установлено 2 соответствующих элемента), может выполнять задачи в рамках 2 потоков. Тем самым микросхема обрабатывает 4 потока вычислений одновременно.

В компании AMD также есть отличные результаты работы в области концепций многопоточности. Так, известно, что в архитектуре Bulldozer задействуются алгоритмы, схожие с Hyper-Threading. Особенность решения от AMD в том, что каждый из потоков обрабатывает отдельные блоки процессора. При второго уровня остается общим. Схожие концепции реализованы и в разработанной AMD архитектуре Bobcat, которая адаптирована для ноутбуков и небольших ПК.

Разумеется, прямыми аналогами концепции от AMD, IBM и Intel считать можно очень условно. Равно как и подходы к конструированию архитектуры процессоров в целом. Но принципы, реализованные в соответствующих технологиях, можно считать вполне схожими, а цели, которые поставлены разработчиками в аспекте повышения эффективности функционирования микросхем — очень близкими по сути, если не идентичными.

Таковы ключевые факты, касающиеся интереснейшей технологии от Intel. Что она собой представляет, как включить Hyper-Threading или, наоборот, дезактивировать, мы определили. Дело, вероятно, в практическом использовании ее преимуществ, которые можно задействовать, убедившись, что ПК в аппаратных и программных компонентах поддерживает технологию.