Файл: Процессор персонального компьютера. Назначение, функции и классификация процессоров.pdf

Оба процессора имеют примерно одинаковые параметры, но есть и несколько вполне очевидных различий:

- оба процессора имеют одинаковое количество ядер, но в случае AMD имеется пресловутая возможность достаточно простого разгона. Поэтому на перспективу он подойдет лучше, а Intel будет стабильнее работать;

- конкретный формат оперативной памяти. Процессор от AMD в полной мере раскрывает свой потенциал при наличии определенной частоты оперативной памяти, что может создать некоторые трудности. Процессор Intel в этом плане намного интереснее, потому что не создает таких строгих ограничений;

- процессор от Intel греется намного меньше, то есть вам придется тратить дополнительные средства на организацию системы охлаждения. AMD греется довольно сильно и для него придется приобретать мощный кулер.

В любом случае предложения от всех производителей обладают своими собственными преимуществами и заточены под выполнение определение задач.

Вопрос, какой процессор лучше - AMD или Intel, не имеет однозначного ответа, так как каждый компонент обладает рядом специфических параметров и выбор того или иного варианта должен строиться на назначении самого персонального компьютера. Эффективная платформа будет демонстрировать высокую производительность только при правильном подборе всех компонентов, которые будут усиливать работоспособность друг друга.

Заканчивая первую главу, можно сделать следующие выводы.

Процессор - центральное устройство компьютера.

Назначение процессора: 

- управлять работой ЭВМ по заданной программе; 

- выполнять операции обработки информации.

В состав процессора входят следующие устройства: устройство управления, арифметико-логическое устройство, регистры процессорной памяти. 

2. Обзор современных процессоров персонального компьютера

2.1 Иерархия процессоров Intel и AMD

В настоящее время существует два главных производителя процессоров для персональных компьютеров - AMD и Intel, которые между собой соревнуются.

Весной 2019 года Компании AMD и Intel одновременно представили свои новейшие процессоры, продемонстрировав совершенно разный подход к их разработке. Intel продолжает делать ставку на гигагерцы, тогда как AMD отдает предпочтение актуальным техпроцессам и современным архитектурам.

Компания Intel официально анонсировала новейший процессор для настольных компьютеров – Core i9-9900KS с восемью вычислительными ядрами. По состоянию на май 2019 года это самый мощный чип линейки Core, но ему по-прежнему недоступен 10-нанометровый техпроцесс. У Intel также есть линейка процессоров Xeon, позиционируемых в качестве серверных. Серия включает ряд моделей для настольных персональных компьютеров, но основная линейка Intel - это именно Core.

Core i9-9900KS – это улучшенная версия процессора Core i9-9900K, представленного в IV квартале 2018 года и ставшего на тот момент самым мощным в серии Core. От него новый чип отличается повышенными частотами работы – он может в течение длительного времени удерживать частоту 5 ГГц на всех восьми ядрах при пиковых нагрузках. Базовая частота в данном случае составляет 4 ГГц против 3,6 ГГц у Core i9-9900K (максимальная частота у этого процессора – 4,7 ГГц), что ставит его на первое место в рейтинге самых мощных чипов Intel для настольных ПК.

Core i9-9900KS – это процессор со встроенным видеоядром, таким же, как и в младшей модели Core i9-9900K, в которой используется графика Intel UHD 630. Технология HyperThreading тоже присутствует – при наличии собственных восьми ядер процессор способен обрабатывать до 16 одновременных потоков данных, по два потока на ядро. Официальная рекомендуемая цена Core i9-9900K в партии от 1 тысячи штук составляет $488, а его TDP находится на уровне 95 Вт. В России данный процессор стоит 40 тысяч рублей. Цена и уровень тепловыделения могут возрасти в случае более мощного Core i9-9900KS.

Таблица 1

Характеристики процессоров Core компании Intel

Модели в таблице 1 с индексами F и KF оснащены встроенной графикой, однако она отключена, что позволяет разогнать ядра x86 чуть больше обычного. Также это означает, что компания не избавляется от процессоров с дефектами графики, а продаёт их под другим именем.

Одновременно с предварительным анонсом Intel Core i9-9900KS состоялась полноценная премьера процессоров AMD Ryzen 3000 второго поколения, впервые о которых стало известно еще в начале января 2019 года. Конкурент Intel представил пять моделей чипов в разной ценовой категории и с разной целевой аудиторией. Анонсированные процессоры получил названия Ryzen 5 3600, Ryzen 5 3600Х, Ryzen 7 3700Х, Ryzen 7 3800Х, и в продажу они поступят в июле 2019 года.

В таблице приведены суммарные значения кэш-памяти – AMD не стала уточнять объемы первого, второго и третьего уровней. Перечисленные процессоры полностью совместимы с системными платами с сокетами AM4, а также с платами на новом чипсете X570.

Таблица 2

Характеристики и цены процессоров AMD Ryzen 3000

Для более наглядной демонстрации превосходства третьего поколения Ryzen над вторым AMD провела наглядное их сравнение. Для примера, AMD Ryzen 3800X обходит по производительности Ryzen 2700X на 14-34% в зависимости от поставленных задач.

Не обошлось и без сравнения с процессорами Intel: так, по словам представителей AMD, новый флагманский Ryzen 9 3900X стоимостью $500 (32,2 тыс. руб.), как утверждается, окажется быстрее Core i9-9920X с ценой в $1200 (77,3 тыс. руб.) на 6% в многопоточном режиме и на 14% в однопоточном. Замеры проводились в Cinebench R20.

Все новые процессоры AMD построены на архитектуре Zen 2 и произведены по нормам 7-нанометрового техпроцесса. Intel же по-прежнему эксплуатирует 14-нанометовые нормы.

В Intel Core десятого поколения или Core Ice Lake применен новый GPU Gen 11: представленные чипы основаны на архитектуре Sunny Cove и смогут работать в TurboBoost до 4.1 ГГц. Основной прирост производительности будет заметен в задачах искусственного интеллекта - в 2,5 раза быстрее процессоров восьмого поколения.

Также заметные улучшения в компании отметили по части графики: интегрированная GPU Intel Iris Plusполучит 64 исполнительных блока (против 24 в 8-м поколении) и будет работать с частотой до 1.1 ГГц. Также будут модели с UHD - у них только 32 исполнительных блока и сильно меньшая производительность. Ноутбуки с Core Ice Lake и новой графикой Iris Plus смогут воспроизводить видео 4K HDR в 60 кадр/с и 8K в 30 кадр/с, а некоторые современные игры будут работать в 1080p на средних настройках на «достойных показателях FPS».

В линейку Intel Core 10-го поколения вошли модели Ice Lake U с энергопотреблением 15-25 Вт и Ice Lake Y с TDP 9-12 Вт. Максимальное количество вычислительных ядер - 4, потоков - 8. Есть поддержка Wi-Fi 6 (Gig+), Intel Optane Memory PCIe 3.0, Thunderbolt 3, а также технологий Hyper-Threading и Turbo Boost 2.0. Кроме того, в новых процессорах есть поддержка памяти LPDDR4X-3733 и DDR4-3200 с пропускной способностью до 60 Гбайт/с.

Первые модели ноутбуков с Intel Core Ice Lake должны появится уже осенью 2019 года. Среди них будут также устройства, выпущенные в рамках программы Project Athena: через нее Intel помогает партнерам в разработке следующего поколения тонких и легких мобильных компьютеров. Основные параметры при создании таких ноутбуков установлены уже сейчас: Intel Core i5 или i7, минимум 8 ГБ ОЗУ и SSD объемом более 256 ГБ, поддержка технологий ИИ, быстрой зарядки, Wi-Fi 6 или Gigabit LTE, а также наличие USB Type-C с поддержкой Thunderbolt 3. Кроме того, у гаджетов Project Athena должен быть сенсорный дисплей и максимально тонкий корпус.

2.2 Перспективы развития процессора

Процессоры стали неотъемлемой частью нашей жизни, ибо они находятся во всей окружающей электронике - от стиральных машин и умных часов до смартфонов, компьютеров и даже самолетов. И, разумеется, их развитие достаточно серьезно влияет на жизнь человека.

Сделаем прогноз, что будет с процессорами через 5 лет.

Во-первых, рассмотрим такую характеристику, как частота процессора.

Если посмотреть на максимальные частоты процессоров в разгоне без дополнительных ухищрений типа жидкого азота за последние 15 лет, то хорошо видно, что Pentium 4 первыми «пробили» планку в 3 ГГц и остановились где-то на 3,3-3,5 ГГц. Последующие за ними Core Duo и Quad были уже двух- и четырехъядерными, и тут частоты пришлось снизить, чтобы они не перегревались, и вплоть до 2008 года их снова смогли довести до уровня в 3-3,5 ГГц. Вышедшие в 2008-2009 годах Core i7 смогли поднять эту планку почти до 4 ГГц, а Core i7 второго поколения в 2011 году почти «взяли» магические 5 ГГц. И с тех пор особого прогресса нет - при переходе на новый техпроцесс частоты несколько падали, после его доработки - снова росли, и сейчас 8-ое и 9-ое поколение процессоров Intel имеет максимальные частоты на уровне 5-5,2 ГГц только из-за того, что Intel «выжимает все соки» из 14 нм техпроцесса уже на протяжении 4-х поколений. Однако новое поколение процессоров будет на 10 нм техпроцессе, и с учетом того, что у Intel с ним все плохо - скорее всего, частоты снова придется снизить, и в лучшем случае через поколение мы снова увидим 5 ГГц. А дальше - переход на 7 нм и снова снижение частоты, и т.д. Поэтому можно предположить, что скорее всего максимальные частоты останутся в районе 5-5,5 ГГц. Что касается AMD, то они, прибавляя где-то по 200-300 МГц частоты в год, как раз лет через 5 дойдут до этой же планки в 5-5,5 ГГц.

То есть в этом направлении ждать прогресса не приходится.

Во-вторых, рассмотрим количество ядер. В данном направлении увеличение будет, но не скоро.

Обратимся к истории.

2005 год - выходят первые десктопные двухядерные процессоры, Athlon X2 и Pentium D.

2007 год - первый четырехъядерный, Core 2 Quad.

2010 - первый шестиядерный, Phenom II X6.

И лишь в 2017 - первый восьмиядерный, Ryzen 7. Получается, что между 2 и 4-ядерными CPU прошло 2 года, между 4 и 6-ядерными уже 3 года, а между 6 и 8-ядерными - целых 7 лет, то есть явно видно замедление роста числа ядер.

Почему? Во-первых, пользовательский софт зачастую не очень хорошо распараллеливается на большое число ядер, то есть больше важна производительность на ядро. Во-вторых, это все же не сервера и не Hi-End PC, поэтому тепловыделение CPU не должно превышать где-то 100-120 Вт, а с учетом того, что уменьшать техпроцесс становится все труднее, аналогичным образом становится все труднее «впихивать» большее число ядер в тот же теплопакет без особого уменьшения частоты.

Последнее очень хорошо видно и на примере AMD, и на примере Intel: первые с выпуском Ryzen 2700X вынуждены были поднять теплопакет с 95 (у Ryzen 1800X) до 105 Вт, чтобы всего лишь повысить частоту на 300 МГц (менее 10%), и это с учетом перехода на более тонкий техпроцесс в 12 нм (14 у Ryzen первого поколения). Intel же выпустило топовый 8-ядерный Core i9-9900K, который имеет TDP в 95 Вт - как и 6-ядерный Core i7-8700K на той же архитектуре и с меньшей частотой.

Поэтому ждать серьезного увеличения числа ядер даже спустя 5 лет - не стоит. Конечно, AMD может взять свои модули CCX, которые сейчас имеют по 4 ядра (и все Ryzen без дискретной графики имеют по 2 таких модуля), и увеличить число ядер в них, допустим, до 6 - однако, даже банальное увеличение частоты менее чем на 10% уже повлекло за собой увеличение теплопакета больше чем на 10%, а тут его увеличивать придется раза в полтора - ведь частоты AMD снижать не может. C переходом на 7 нм в 2019 году цель AMD - приблизиться к Intel по однопоточной производительности и еще нарастить частоты, так что увеличить число ядер не получится. Поэтому в лучшем случае переход на 5 нм случится через 4-5 лет, и лишь тогда, возможно, получится нарастить число ядер в CCX без существенного уменьшения частоты.

Что касается Intel, то они придерживаются монолитных кристаллов, где все ядра находятся в одном кристалле - это, с одной стороны, серьезно уменьшает задержки между ними, что положительно сказывается на производительности, с другой стороны - цена таких кристаллов оказывается крайне высока: так, новый 8-ядерный Core i9 едва ли не покорил планку в 500 долларов, когда 8-ядерный Ryzen 7 2700X можно найти и за 350. А вот 10-ядерные процессоры Intel для высокопроизводительных устройств (HEDT) стоят уже от 900 долларов, то есть почти вдвое дороже 8-ядерных - разумеется, выпускать процессор с такой ценой в пользовательском сегменте смысла нет, нужно оптимизировать производство, дабы снизить цену вдвое - а это процесс небыстрый.