Как сделать мощнее процессор: Как разогнать процессор и не навредить компьютеру

Как правильно разогнать процессор в BIOS

Прежде чем приступать к разгону процессора (CPU), стоит узнать, поддаётся ли разгону именно тот процессор, который вы хотите ускорить. Также стоит изучить характеристики материнской платы, поскольку бюджетные материнские платы с ограниченным набором функций не позволяют осуществить разгон.

Кроме того, хочется предупредить, что всегда есть риск вывести из строя процессор и материнскую плату. В процессе разгона необходимо постоянно мониторить температуру и стабильность работы процессора. При неправильном разгоне через некоторое время может появиться синий или черный экран и зависнуть намертво так, что даже перезагрузка не поможет. В таких случаях рекомендуется извлечь батарейку CMOS и установить её обратно, тем самым сбросив заданные настройки.
При правильном разгоне CPU можно добиться прироста производительности от 10% до 30%.

Перед разгоном рекомендуется установить на компьютер такие программы, как AIDA64 и CPU—Z.

AIDA64

AIDA64 предназначена для просмотра характеристик компьютера, а также тестирования процессора, фаз питания, оперативной памяти и чипсета при максимальной нагрузке.

Для включения тестирования нажмите на значок графика (обведён красным) – после этого появится меню для установки элементов, на которые будет идти нагрузка.

Проверьте, что указанные четыре галочки отмечены, а затем нажмите Start, чтобы начать тест с нагрузкой на материнскую плату, оперативную память, фазы питания и центральный процессор.

Проведите тестирование в течение 5-10 минут. Результаты тестирования покажут состояние системы охлаждения – возможно, пришло время заменить термопасту или ставить новую систему охлаждения. 

CPU-Z

Здесь мы можем посмотреть на характеристики центрального процессора: его характеристики, кэш, частоту, количество ядер и потоков, TDP и другое.

Разгон процессора

Разгон осуществляется через BIOS. При включении компьютера нажимаем на одну из кнопок – «F10», «F2», «tab» или «del» – после чего попадаем в меню настроек BIOS.

Старые и новые BIOS отличаются – в старых обычно установлен AMI (American Megatrend Inc.) или Phoenix AWARD, а в новых UEFI с полноценным графическим интерфейсом.

В старых вы найдете вкладку с разгоном под названиями «Frequency / Voltage Control», пункт «Overclock». Другой вариант – вкладка «Advanced», пункт «AT Overclock».

А вот в новых BIOS UEFI вы можете найти такие пункты, как «AI Tweaker» или «Extreme Tweaker».

Для того чтобы начать разгон процессора, необходимо пункт «Ai Overclock Tuner» перевести c «AUTO» на «X.M.P.» или «Manual».

X.M.P. – это самый простой и стандартный способ разогнать центральный процессор до оптимальной частоты без лишних усилий.

Manual – это самый интересный способ разогнать CPU до максимальной частоты и получить лучшую производительность.
Необходимо постепенно поднимать значения шины «BCLK Frequency» и множителя «CPU Ratio Setting».

Частота процессора считается по формуле: BCLK Frequency * CPU Ratio Setting.

Сначала мы опускаем множитель процессора на самый минимум и поднимаем частоту шины на максимум до того состояния, когда он держит стабильную частоту и в стресс-тестах показывает нормальные температуры.

Пока что частота не самая высокая, но не стоит беспокоиться – она начнёт подниматься, когда мы займёмся множителем.

Теперь поднимаем значение шины. Когда мы находим оптимальное значение, приступаем к подбору множителя. Выставляем значения и периодически проверяем стабильность работы системы.

Подобрав максимальный множитель, можно столкнуться с синим экраном или зависаниями. В таких случаях следует постепенно увеличивать напряжение на процессор c шагом в 0.05V. Из-за сильного подъёма напряжения есть риск вывести из строя процессор, так что следует быть внимательными. Также нужно помнить, что при подъёме напряжения процессор начнёт сильнее греться – следите за его температурами очень внимательно.

Стоит выставить «Load-Line Calibration» c «Auto» на «Enabled», чтобы питание на процессоре всегда было стабильным.

Очень важно, чтобы во время стресс-тестов температура не превышала 90 градусов, иначе начнется «Throttling».

Throttling – процесс, при котором CPU сбрасывает частоты во избежание перегрева.

Велик риск при таких долгих нагрузках с высокой частотой и напряжением вывести из строя центральный процессор.

Выводы

Если у вас мощное железо, которое поддаётся разгону, то его разгон целесообразен. Он принесёт вам от 10% до 30% прироста производительности во всех задачах. Многие говорят, что от работы в разгоне процессор выйдет из строя быстрее, и отчасти это правда, но срок службы процессоров достаточно велик, так что даже при постоянной работе в разогнанном состоянии он не «перегорит» в ближайшие 10-20 лет.

Post Views: 10 614

Разгон процессора Android

Главная » Инструкции » Обслуживание

29.06.2018Eugene 1

Сегодня поговорим немного про разгон процессора на Аndroid аппаратах. Изначально разберем, что это такое, и как это может нам пригодиться? Как сами смогли заметить, практически ни один купленный флагман не остается на вершине в рейтинге по производительности больше года. Постоянно появляются новые модели с более мощными характеристиками. Аналогично и со всяческими играми: каждая новая игра или же сама система Android все требовательнее к «начинке» вашего девайса с каждой новой версией. Поэтому и хочу сегодня рассказать, как разогнать процессор на планшете Аndroid или же смартфоне, увеличив максимальную частоту для повышения производительности.

Содержание

1. Как узнать информацию о своём процессоре Android: Видео
2. Ускорение процессора: преимущества и факторы риска
3. Разгон процессора Андроид: Видео
4. Инструкция по разгону
5. Как получить ROOT права: Видео

Ускорение процессора: преимущества и факторы риска

Давайте же определимся, что мы получим после разгона CPU?

Плюсы

1. Самое важное – это повысится общая производительность гаджета.
2. Станет плавнее и комфортнее работа в некоторых приложениях, а особенно в играх.

Минусы

1. Увеличив мощность девайса, вы в первую очередь жертвуете автономной работой. То есть аппарат будет значительно быстрее разряжаться. На некоторых моделях после разгона заряда батареи может не хватать даже на один день.
2. Также устройство начнет сильнее греться при казалось бы обычной работе, даже без особой нагрузки.

Разгон процессора Андроид: Видео

Инструкция по разгону

Итак, пошагово опишу, как разогнать процессор на Аndroid устройствах.

Примечание: для успешного выполнения данной процедуры девайс должен обладать ROOT правами, иначе ничего не получится.

1. Для начала потребуется загрузить одну из программ для разгона процессора Аndroid. Я обращаю ваше внимание на программу AnTuTu CPU Master. Ее можно скачать здесь.
2. Запустите AnTuTu CPU Master. Сразу увидите в зеленом поле текущую частоту процессора. Ниже будут 2 ползунка, с минимальным значением и максимальным. Именно с помощью их происходит управление частотой процессора.
3. Передвиньте минимальное значение на более высокое, чтобы ускорить в общем работу системы. Или же наоборот, уменьшите максимальное значение – это понизит мощность аппарата, но продлит срок службы батареи. Если вы не игрок, а только пользуетесь услугами телефона или аудиоплеером, то можете уменьшить максимальное значение.

Примечание: данное приложение не умеет самостоятельно увеличивать максимальную частоту.

Если вам нужен, допустим, разгон планшета Аndroid свыше паспортных характеристик, вам нужно ставить кастомную прошивку со специальным ядром, в котором будет увеличена максимальная частота процессора Аndroid, а после с помощью AnTuTu CPU Master отрегулировать верхнее и нижнее значение. Все ядра ищите на форумах в темах названия своей модели, потому как для каждого аппарата свое ядро и своя прошивка. Такие ядра ставятся через кастомное Recovery.

 После изменения значений нажмите «Применить» и перезагрузите гаджет, чтобы настройки применились.

Как получить ROOT права: Видео

Почему процессоры для ПК более мощные, чем процессоры для мобильных устройств?

Введение

В современном мире мы в значительной степени полагаемся на технологии, и у большинства из нас есть как ПК, так и мобильные телефоны. Хотя мы используем наши мобильные устройства для многих задач, включая общение, социальные сети, игры и даже некоторую офисную работу, ПК по-прежнему остаются мощным инструментом для задач, требующих большей мощности, таких как редактирование видео, 3D-рендеринг и высококлассные игры. Вы когда-нибудь задумывались, почему процессоры для ПК более мощные, чем процессоры для мобильных устройств? В этой статье мы рассмотрим различия между процессорами для ПК и мобильных устройств и то, почему первый более мощный.

Во-первых, давайте разберемся, что такое процессор. Процессор, также известный как центральный процессор (CPU), представляет собой мозг компьютера или мобильного устройства. Он выполняет все вычислительные задачи, необходимые для запуска приложения или программы. И ПК, и мобильные процессоры предназначены для выполнения этих задач, но они различаются по своей конструкции, архитектуре и возможностям.

В этой статье мы рассмотрим различные факторы, которые делают процессоры ПК более мощными, чем мобильные процессоры. Мы также обсудим влияние этих различий на производительность обоих устройств.

Итак, если вам интересно, почему ваш компьютер мощнее мобильного телефона, продолжайте читать, чтобы узнать.

Процессоры для ПК

Персональные компьютеры или ПК — это устройства, на которые мы полагаемся в плане многозадачности и высокопроизводительных вычислений. Одним из важнейших компонентов ПК является процессор, который служит мозгом компьютера. Процессор — это небольшой чип, который отвечает за выполнение инструкций и выполнение вычислений для выполнения определенных задач. Процессоры для ПК отличаются от процессоров для мобильных устройств различными аспектами, включая размер, мощность и производительность.

Процессоры для ПК, также известные как процессоры для настольных ПК, предназначены для использования в настольных компьютерах, рабочих станциях и игровых системах. Эти процессоры обычно больше по размеру и потребляют больше энергии, чем мобильные процессоры. Они также оснащены более надежной системой охлаждения, которая позволяет им работать на более высоких тактовых частотах, что приводит к повышению производительности.

Процессоры ПК обычно используют больше ядер, чем мобильные процессоры. Это означает, что они могут выполнять несколько задач одновременно, что делает их идеальными для тяжелых рабочих нагрузок, таких как редактирование видео, игры и одновременный запуск нескольких приложений. Некоторые высокопроизводительные процессоры, такие как Intel Core i9-11900K и AMD Ryzen 9 5950X имеют до 16 ядер, обеспечивая впечатляющую вычислительную мощность для ресурсоемких задач.

Еще одним важным фактором, делающим процессоры ПК более мощными, чем мобильные процессоры, является использование более обширного набора инструкций. Набор инструкций определяет диапазон задач, которые может выполнять процессор. Процессоры ПК обычно используют сложные наборы инструкций, что позволяет им выполнять более сложные задачи, такие как запуск нескольких виртуальных машин, выполнение сложных алгоритмов и рендеринг высококачественной графики.

Таким образом, процессоры ПК больше, потребляют больше энергии и имеют больше ядер, чем мобильные процессоры. Они также используют более обширный набор инструкций и предназначены для работы с большими нагрузками. В совокупности эти факторы делают процессоры для ПК более мощными, чем процессоры для мобильных устройств.

Как личный опыт, я использовал как ПК, так и мобильные устройства для различных задач. Хотя мобильные устройства удобны и портативны, они часто не справляются со сложными задачами, такими как редактирование видео и игры. С другой стороны, мой ПК с его мощным процессором может легко справиться с этими задачами, обеспечивая мне более плавную и эффективную работу.

Мобильные процессоры

Мобильные процессоры прошли долгий путь с момента появления первых смартфонов. Сегодня они более мощные и эффективные, чем когда-либо прежде. Мобильные процессоры, также известные как системы на кристалле (SoC), предназначены для установки внутри небольших устройств, таких как смартфоны и планшеты. Они оптимизированы для повышения энергоэффективности, что крайне важно для портативных устройств, работающих от батареи.

Мобильные процессоры построены с использованием той же базовой архитектуры, что и процессоры для ПК, но с некоторыми важными отличиями. Одно из самых больших различий заключается в том, как они разработаны и оптимизированы. Мобильные процессоры спроектированы так, чтобы быть энергоэффективными, с акцентом на снижение энергопотребления и тепловыделения. Это достигается за счет сочетания аппаратных и программных оптимизаций, таких как меньшие размеры транзисторов, более низкие тактовые частоты и более совершенные методы управления питанием.

Еще одним ключевым отличием процессоров для ПК от мобильных является их форм-фактор. Мобильные процессоры намного меньше, чем процессоры для ПК, а значит, в них меньше места для компонентов и систем охлаждения. Это требует от разработчиков компромиссов между производительностью, энергоэффективностью и тепловыделением.

Несмотря на эти различия, современные мобильные процессоры невероятно мощные. Например, чип Apple A14 Bionic, используемый в серии iPhone 12, способен обрабатывать до 11 триллионов операций в секунду. Это стало возможным благодаря использованию передовых производственных процессов и архитектур, таких как 5-нанометровый процесс, используемый в A14.

Однако, даже несмотря на эти достижения, мобильные процессоры по-прежнему не такие мощные, как их аналоги для ПК. Это связано с несколькими причинами, в том числе:

1. Охлаждение : Корпуса ПК намного больше, что обеспечивает более эффективное охлаждение. Это означает, что процессоры ПК могут работать на более высоких тактовых частотах без перегрева.
2. Питание : ПК подключены к электросети, что означает, что они имеют доступ к практически неограниченному источнику питания. Мобильные устройства, с другой стороны, полагаются на батареи, которые имеют ограниченную емкость и нуждаются в регулярной подзарядке.
3. Форм-фактор : Как упоминалось ранее, мобильные процессоры ограничены их малым форм-фактором. Это означает, что они не могут вместить столько компонентов, сколько процессоры ПК.
4. TDP : Расчетная тепловая мощность (TDP) — это показатель максимального количества тепла, которое процессор может выделять под нагрузкой. Мобильные процессоры имеют более низкий TDP, чем процессоры для ПК, а это означает, что они не предназначены для обработки длительных тяжелых рабочих нагрузок.
5. Персонализация : Процессоры ПК часто разрабатываются с возможностью настройки, с возможностью разгона и другими настройками. Мобильные процессоры, с другой стороны, обычно не разрабатываются с учетом возможности настройки.

В целом, несмотря на то, что мобильные процессоры прошли долгий путь с точки зрения мощности и эффективности, они все еще не могут сравниться по вычислительной мощности с процессорами ПК. Это связано с сочетанием факторов, включая охлаждение, блок питания, форм-фактор, TDP и настраиваемость. Однако по мере развития технологий мы можем увидеть, как мобильные процессоры сократят разрыв и станут более мощными в будущем.

Различия между ПК и мобильными процессорами

ПК и мобильные процессоры предназначены для выполнения вычислительных задач, но они различаются по нескольким параметрам. Вот основные различия между процессорами для ПК и мобильных устройств:

1. Энергопотребление : Мобильные процессоры потребляют меньше энергии, чем процессоры для ПК. Они оптимизированы для работы от батареи и обычно используются в портативных устройствах, таких как смартфоны и планшеты.
2. Тактовая частота : Процессоры ПК обычно имеют более высокую тактовую частоту, чем мобильные процессоры. Тактовая частота относится к числу циклов в секунду, которые может выполнять процессор. Процессоры для ПК предназначены для быстрого и эффективного выполнения задач, в то время как мобильные процессоры предназначены для баланса производительности с энергопотреблением.
3. Ядра : Процессоры ПК обычно имеют больше ядер, чем мобильные процессоры. Ядра относятся к количеству процессорных блоков в процессоре. Чем больше ядер у процессора, тем больше задач он может выполнять одновременно. Процессоры для ПК могут иметь от 2 до 32 ядер, тогда как мобильные процессоры обычно имеют от 4 до 8 ядер.
4. Память : Процессоры ПК могут получить доступ к большему объему памяти, чем мобильные процессоры. Это позволяет им обрабатывать большие наборы данных и запускать более сложные приложения. Мобильные процессоры обычно имеют от 4 до 8 гигабайт памяти, в то время как процессоры ПК могут получить доступ к памяти объемом до 64 гигабайт и более.
5. Обработка графики : Процессоры ПК предназначены для более сложной обработки графики, чем мобильные процессоры. Это связано с тем, что они часто используются в играх и других приложениях, интенсивно использующих графику. Мобильные процессоры по-прежнему способны обрабатывать графику, но они оптимизированы для повышения энергоэффективности, а не производительности.
6. Возможность обновления : процессоры ПК можно обновить, в то время как мобильные процессоры обычно интегрированы в устройство и не могут быть обновлены. Это означает, что процессоры ПК могут быть заменены более мощными процессорами, что позволит со временем увеличить производительность.

Таким образом, процессоры для ПК более мощные, чем процессоры для мобильных устройств, благодаря более высокой тактовой частоте, большему количеству ядер, большему доступу к памяти и лучшим возможностям обработки графики. Однако мобильные процессоры оптимизированы с точки зрения энергоэффективности и лучше подходят для портативных устройств, где ключевым фактором является срок службы батареи.

Процессоры для ПК и мобильные процессоры

Процессоры для ПК и мобильных процессоров предназначены для разных целей и обладают уникальными функциями. Однако, когда дело доходит до необработанной мощности, процессоры для ПК, как правило, превосходят мобильные процессоры. В этом разделе мы сравним их и выделим некоторые ключевые различия.

1. Тактовая частота : Тактовая частота процессора — это количество циклов, которое он может выполнять в секунду. Как правило, процессоры ПК имеют более высокую тактовую частоту, чем мобильные процессоры. Например, Intel Core i9.Процессор -11900K имеет базовую тактовую частоту 3,5 ГГц, а Qualcomm Snapdragon 888 имеет базовую тактовую частоту 2,84 ГГц. Более высокие тактовые частоты позволяют ПК выполнять больше вычислений за меньшее время, что делает их быстрее, чем мобильные устройства.
2. Ядра и потоки : Процессоры ПК, как правило, имеют больше ядер и потоков, чем мобильные процессоры. Ядра подобны отдельным процессорам внутри процессора, а потоки позволяют нескольким процессам работать одновременно. Например, Core i9-119.00K имеет восемь ядер и шестнадцать потоков, а Snapdragon 888 — восемь ядер и восемь потоков. Больше ядер и потоков позволяет ПК выполнять больше задач одновременно и справляться с более интенсивными рабочими нагрузками.
3. Расчетная тепловая мощность (TDP) : TDP — это количество энергии, рассеиваемой процессором при работе на базовой тактовой частоте. Процессоры для ПК, как правило, имеют более высокий показатель TDP, чем процессоры для мобильных устройств, что позволяет им выполнять более интенсивные задачи без перегрева. Ядро i9-11900K имеет TDP 125 Вт, а Snapdragon 888 имеет TDP 5 Вт. Эта разница в TDP позволяет ПК обрабатывать более энергоемкие приложения, чем мобильные устройства.
4. Пропускная способность памяти : Пропускная способность памяти — это скорость, с которой данные могут передаваться между процессором и памятью. ПК, как правило, имеют более высокую пропускную способность памяти, чем мобильные устройства, что позволяет им выполнять задачи с большим объемом данных. Например, у Core i9-11900K пропускная способность памяти составляет 45,8 ГБ/с, а у Snapdragon 888 — 29 ГБ/с. 0,8 ГБ/с.
5. Интегрированная графика : Многие процессоры для ПК поставляются со встроенной графикой, что означает наличие встроенной видеокарты. Эти видеокарты, как правило, более мощные, чем встроенная графика в мобильных устройствах. Это позволяет ПК справляться с более интенсивными графическими задачами, такими как игры и редактирование видео.

Наконец, процессоры для ПК, как правило, более мощные, чем процессоры для мобильных устройств, благодаря более высокой тактовой частоте, большему количеству ядер и потоков, более высокому TDP, более высокой пропускной способности памяти и более мощной встроенной графике. Хотя мобильные процессоры оптимизированы с точки зрения энергоэффективности и портативности, они не могут сравниться с чистой мощностью процессоров ПК.

Заключение

В заключение отметим, что различия между процессорами ПК и мобильных устройств огромны. Хотя оба типа процессоров имеют свои сильные и слабые стороны, процессоры для ПК обычно более мощные, чем процессоры для мобильных устройств. Это связано с рядом факторов, включая размер и конструкцию процессоров, используемые ими системы охлаждения и требования к питанию для каждого типа устройств.

Несмотря на то, что за последние годы мобильные процессоры прошли долгий путь и способны выполнять широкий спектр задач, они по-прежнему уступают по мощности и производительности своим аналогам для ПК. Однако с появлением мощных мобильных устройств, таких как планшеты и смартфоны высокого класса, грань между ПК и мобильными устройствами становится все более размытой.

Независимо от того, какой тип процессора вы выберете, при принятии решения важно учитывать ваши конкретные потребности и варианты использования. Если вам требуется много энергии и вычислительной мощности, ПК может быть лучшим выбором для вас. С другой стороны, если вы цените портативность и удобство, мобильное устройство может подойти лучше.

В целом, мир процессоров постоянно развивается и меняется, постоянно разрабатываются новые технологии и инновации. Являетесь ли вы геймером, профессионалом или случайным пользователем, скорее всего, найдется процессор, который удовлетворит ваши потребности и поможет вам получить максимальную отдачу от вашего цифрового опыта.

QNA

Q1. Смогут ли когда-нибудь мобильные процессоры стать такими же мощными, как процессоры ПК?

Возможно, но для этого потребуется значительный прогресс в технологии мобильных процессоров. Мобильные процессоры уже довольно мощные, но их ограничения связаны с тем, что они должны сбалансировать производительность с энергоэффективностью и управлением тепловыделением, что не так важно, как процессоры для настольных ПК. Однако, если мобильные процессоры смогут преодолеть эти ограничения, в будущем они могут стать такими же мощными, как процессоры для настольных ПК.

Q2. Можно ли использовать процессоры ПК в мобильных устройствах?

Технически да, но непрактично. Процессоры ПК намного больше и требуют большей мощности, чем мобильные процессоры, поэтому они не подходят для использования в мобильных устройствах. Кроме того, процессоры для ПК предназначены для работы с другими типами аппаратного обеспечения, чем мобильные устройства, поэтому для их работы потребуются значительные модификации.

Q3. Существуют ли мобильные процессоры, способные конкурировать с процессорами для ПК по производительности в играх?

Некоторые мобильные процессоры могут обеспечить высокую игровую производительность, например Qualcomm Snapdragon 888 и Samsung Exynos 2100. Однако им все еще не хватает игровой производительности, предлагаемой топовыми процессорами для ПК, такими как Intel Core i9 и AMD Ryzen 9.

Q4. Как мощность процессора влияет на время автономной работы мобильных устройств?

Чем мощнее процессор мобильного устройства, тем больше энергии оно будет потреблять, что может существенно повлиять на срок службы батареи. Мобильные процессоры предназначены для обеспечения баланса между производительностью и энергоэффективностью, поэтому задача состоит в том, чтобы найти правильный баланс. Производители используют различные методы управления энергопотреблением, такие как снижение тактовой частоты, когда устройство находится в режиме ожидания, использование более энергоэффективных архитектур и оптимизация программного обеспечения.

Q5. Есть ли преимущества у мобильных процессоров перед процессорами ПК?

Да, у мобильных процессоров есть несколько преимуществ перед процессорами ПК. Во-первых, они намного более энергоэффективны и требуют меньше энергии, что делает их идеальными для использования в портативных устройствах. Кроме того, они часто более экономичны, чем процессоры для ПК, что делает их доступными для более широкого круга потребителей. Наконец, мобильные процессоры часто предназначены для работы со специализированным оборудованием, таким как камеры и датчики, что делает их подходящими для использования в смартфонах и других мобильных устройствах.

Как оптимизировать процессор

Оптимизация любой системы — это многоуровневая задача, но когда речь идет о процессоре, необходимо учитывать как минимум три уровня. Архитекторы должны уметь мыслить вне этих границ, потому что роль каждого из слоев должна быть понята и сбалансирована.

Первый уровень потенциальной оптимизации находится на системном уровне. Например, как данные поступают и выходят из вычислительных ядер? Следующий уровень — архитектура самих процессорных ядер. Это может включать использование существующего процессора или добавление инструкций к расширяемому ядру. Последним уровнем оптимизации является микроархитектурный уровень. Здесь определяются конвейеры реализации.

Когда системы создаются из заранее определенных компонентов, свобода выбора ограничена. Но когда нужно развернуть нестандартный кремний, легко быть ошеломленным количеством гибкости и погрузиться в детали, прежде чем это будет уместно. Должна поддерживаться дисциплина сверху вниз.

«Наша задача — оптимизировать выполнение задачи или группы задач, — сказал Гаджиндер Панесар, технический сотрудник Siemens EDA. «Дело не в процессоре. Речь идет о процессе, который вы пытаетесь оптимизировать, и поэтому вы должны думать о системе, которая будет выполнять эту задачу. То, как вы спроектируете и разделите дизайн системы, является ключевым вопросом еще до того, как вы начнете думать о выборе процессора и о том, нужно ли вам его настраивать».

Разделение задач и проектирование системы — одна из задач. Как только установлено, что процессор будет использоваться, этот процессор необходимо оптимизировать и, возможно, настроить для данной задачи или группы задач.

Процессоры можно оптимизировать по целому ряду причин, включая сочетание пропускной способности, задержки и мощности. «Специализация процессора — это, по сути, введение параллелизма», — говорит Герт Гуссенс, старший директор по инструментам ASIP в Synopsys. «Это может быть параллелизм на уровне инструкций или параллелизм на уровне данных. Обработка векторов может быть параллелизмом на уровне задач или, может быть, вы развертываете многоядерную архитектуру. Второй метод – специализация. Вы должны быть уверены, что функциональные блоки вашего процессора могут выполнять действия за один цикл, которые на традиционном процессоре заняли бы сотни циклов».

Часто производительность и мощность тесно связаны. «Классическим примером может быть ускорение некоторых задач за счет добавления вычислительных ресурсов», — говорит Джордж Уолл, директор по маркетингу группы IP процессоров Tensilica Extensa компании Cadence. «Цель обычно состоит в том, чтобы произвести реализацию с более низким энергопотреблением. Энергия – это мощность, умноженная на время. Если вы настроите процессор, обычно будет небольшое увеличение мощности, которое, как мы надеемся, будет компенсировано значительным сокращением времени цикла, что в целом обеспечит чистый выигрыш с точки зрения энергопотребления».

Оптимизация на уровне системы
В идеальном случае процессор всегда был бы занят производительной работой, и ему никогда не приходилось бы ждать, пока данные станут доступными. Однако это случается редко. Каждый цикл, когда процессор простаивает или выполняет спекулятивную задачу, которая не используется, приводит к напрасной трате времени и энергии.

«У вас есть процессор, и ему нужен кто-то, кто будет его кормить, — говорит Майкл Франк, сотрудник и системный архитектор Arteris IP. «Им нужен кеш. Им нужны периферийные устройства, такие как контроллеры прерываний, которые предоставляют векторы. И когда вы получаете прерывания, им нужны SMMU для виртуализации. Вокруг процессора должна существовать целая экосистема. Он не работает сам по себе. И тогда вам нужна инфраструктура кеширования, питающая процессор, потому что ваши процессоры стали быстрыми. Вы не можете заставить их разговаривать с удаленной памятью.

В многопроцессорных системах каждый из процессоров должен быть организован. «Как будет управляться ускоритель?» — спрашивает Шарад Чоул, главный научный сотрудник Expedera. «Где будет происходить оркестровка рабочей нагрузки? Какая пропускная способность требуется для ускорителя? Какой объем доступа к DDR или объем общей памяти потребуется на уровне рабочей нагрузки? Когда мы обсуждаем решения с заказчиками, обычно речь идет о совместной разработке аппаратного и программного обеспечения. Вам необходимо проанализировать рабочую нагрузку и определить, какое влияние она окажет на всю SoC. Важно не пропустить это. Мы не оптимизируем ни одно ядро ​​процессора. Если вы оптимизируете одно ядро ​​​​процессора изолированно, вы получите многоядерную архитектуру, которая не является детерминированной, а производительность зависит от компиляции. Насколько хорош компилятор?»

Рис. 1: Ключевые элементы оптимизации процессора. Источник: Брайан Бейли/Semiconductor Engineering

Оптимизация происходит на нескольких уровнях. «Системы необходимо анализировать, чтобы убедиться, что связь работает правильно, и найти любые узкие места», — говорит Саймон Дэвидманн, основатель и генеральный директор Imperas Software. «Многие системы используют сложную связь, которая может быть как синхронной, так и асинхронной. Это похоже на задачу планирования этажей, чтобы убедиться, что данные не будут узкими местами при прохождении через систему».

Часто эти сообщения связаны с программным обеспечением. «Вы должны учитывать прошивку и программное обеспечение, работающие на устройстве, потому что это определяет, будет ли продукт работать или нет», — говорит Панесар из Siemens. «Мы можем проиллюстрировать это, подумав о различных типах видимости, которые можно обеспечить. Ориентированный на процессор взгляд предполагает, что отслеживания выполнения инструкций должно быть достаточно, но без видимости того, что происходит в другом месте системы, это очень тупой инструмент. Правильно ли рассчитана и сконфигурирована сеть на кристалле (NoC)? Влияют ли пропускная способность памяти и задержка на производительность? Без анализа подобных факторов на системном уровне все модификации ЦП в мире не приведут к созданию успешного продукта».

На некоторые из этих решений влияет тип ядра процессора. «ЦП и ГП могут выполнять произвольный доступ к данным, но ядра обработки ИИ отличаются тем, что они предназначены для выполнения ограниченного набора алгоритмов с очень специфическими и хорошо известными потоками данных», — говорит Кристоф Битс, вице-президент по технологическим инновациям в Imagination Technologies. «Это позволяет выполнять потоковую обработку и позволяет использовать гораздо меньшую логику и меньше локальных кэшей. Поддерживаемые операции и потоки данных более ограничены, чем GPU, и особенно очень ограничены по сравнению с тем, что поддерживает CPU».

Для многих процессоров интерфейс шины может рассматриваться как ограничитель. «Интерфейсы в некоторых случаях равны или даже более важны, чем сама ISA, с точки зрения создания эффективного дизайна», — говорит Уолл из Cadence. «Традиционные процессоры чаще всего имеют шинный интерфейс, такой как интерфейс на основе протокола AMBA, для взаимодействия с другими элементами SoC, для взаимодействия с оперативной памятью и для взаимодействия с различными устройствами ввода-вывода. Такой интерфейс может масштабироваться только в зависимости от количества элементов, конкурирующих за эти устройства. В наши дни часть процесса проектирования встраиваемых систем заключается в том, чтобы рассмотреть, имеет ли смысл подключать процессор к конкретному устройству через системную шину. Или, может быть, есть альтернативный способ интерфейса? И это еще один способ расширить процессор — создать интерфейсы, такие как интерфейсы очередей или интерфейсы поиска, где эти другие устройства могут быть более непосредственно связаны с процессором».

Игнорирование подобных проблем может привести к далеко не оптимальным решениям. «Перемещение данных имеет решающее значение, — говорит Мануэль Ум, директор по маркетингу Versal в AMD. «Ввод-вывод, узкие места памяти — все это нужно было продумать. На самом деле мы удвоили встроенную тесно связанную память — по сути, память программ — подключенную к каждому отдельному ядру. Мы также добавили что-то, называемое тайлами памяти, которое в основном создает буфер, поддерживающий эти ядра. На самом деле они не являются частью самого ядра, в отличие от тесно связанной программной памяти, но они представляют собой собственные плитки, поддерживающие все это. Мы учились, и обучение касалось не только вычислений. Речь шла о том, как вы перемещаете данные, как вы управляете памятью, как вы все это вносите. Ввод-вывод — огромная часть этой проблемы».

Ряд более поздних рабочих нагрузок может даже не соответствовать архитектуре процессора, подобной фон Нейману. «Мы не начали с предположения, что нам нужен процессор, — говорит Чоле из Expedera. «Мы не начинали с архитектуры фон Неймана. Мы начали с строительных блоков операций, которые используются в нейронной сети, например, умножение матриц, свертка, функции активации, объединение слоев. Мы начали с определения того, как мы могли бы сделать это лучше всего. Мы рассмотрели затраты на это и то, как убедиться, что каждый вычислительный блок всегда занят. Проблема заключалась в том, чтобы убедиться, что все операнды доступны, когда нужно выполнить вычисление. Затем мы построили архитектуру, которая не имеет обратного давления и является полностью детерминированной».

Оптимизация архитектуры процессора
До недавнего времени возможности оптимизации архитектуры процессора были ограничены, если вы не создавали полностью собственный процессор. «Архитектура процессора состоит из двух частей, — говорит Зденек Пршикрыл, технический директор Codasip. «Во-первых, это архитектура набора инструкций (ISA), а во-вторых, микроархитектура. Это реализация архитектуры. В случае проприетарной ISA вам редко разрешается изменять ISA, поэтому вы ограничены изменениями микроархитектуры. Вы можете считать эти изменения эволюционными, а не революционными. С другой стороны, если вы начинаете с открытой ISA, это дает вам действительно хорошую отправную точку, и вы можете сосредоточиться на инновациях и ключевой дифференциации. Это станет вашим секретным соусом. Вы можете добавить новые инструкции, которые помогут повысить производительность, уменьшить объем памяти и т. д. В этом случае ее можно назвать революционной, а не эволюционной».

Некоторые ISA, обладающие значительной гибкостью. «Есть возможность конфигурирования и расширения, — говорит Рич Коллинз, директор по маркетингу продуктов Synopsys. «Многие стандартные реализации настраиваются с точки зрения ширины шин и размеров памяти. Все эти вещи настраиваются без каких-либо настроек. Могут быть предопределенные формы расширяемости, такие как предоставление набора кодов условий, набора вспомогательных регистров или расширенных наборов инструкций или даже аппаратных ускорителей с болтовым креплением. Вам не нужно просто добавлять пользовательские инструкции. Если у вас есть свой собственный секретный ускоритель, вы можете связать его с процессором».

Использование базового процессора или процессора с фиксированной архитектурой имеет свои преимущества. «Люди могут повторно использовать уже существующую экосистему для базового процессора, такого как Arm, RISC-V или ARC», — говорит Гуссенс из Synopsys. «Эта экосистема может распространяться на периферийные устройства, устройства для взаимодействия с вашим процессором и существующие программные библиотеки. Тот факт, что вы можете повторно использовать эти элементы, важен, и это причина, по которой люди могут предпочесть иметь базовую версию RISC-V или базовую версию ARC и идти дальше».

Хотя некоторые представители отрасли осуждают отсутствие архитекторов процессоров, это временная проблема. «С появлением RISC-V появилось гораздо больше курсов компьютерной инженерии, посвященных проектированию процессоров, поэтому в ближайшие несколько лет в отрасли появится больше людей», — говорит он. «Я не думаю, что есть недостаток в людях, которые знают, как создавать процессоры. Требуется пара человек в качестве точки кристаллизации, и они собирают команду вокруг себя, чтобы начать создавать процессоры. Для сборки процессоров не требуется специальных навыков. Это просто еще один IP, но построить хороший процессор непросто».

Требуется хороший поток, позволяющий анализировать архитектурные изменения. «Вам нужны программные инструменты, особенно компиляторы, — говорит Гуссенс. «Вы не хотите программировать свои расширения в низкоуровневом коде сборки, а затем выполнять встроенную сборку и связывать ее с кодом, сгенерированным вашим компилятором. Компиляторы должны иметь возможность использовать все добавленные вами специализации. Затем вы можете получить немедленную обратную связь о качестве вашей архитектуры, используя код реального приложения. Если у вас этого нет, то вы используете догадки, чтобы делать свои расширения».

Есть два способа справиться с этим. «Традиционный подход заключается в том, что команда инженеров-программистов работает над комплектом для разработки программного обеспечения (SDK), затем команда работает над RTL, а еще одна команда работает над проверкой», — говорит Пршикрыл из Codasip. «В этом подходе нет ничего плохого, но для этого требуется много инженеров, и вам нужно синхронизировать их работу, чтобы убедиться, что они согласованы. Другой подход заключается в использовании инструмента, который автоматизирует большую часть этого. Вы описываете процессор, включая его ISA и микроархитектуру, на языке высокого уровня. В Codasip мы называем это CodAL (C-подобный язык). Из этого он генерирует SDK, RTL и инструменты проверки».

Оптимизация микроархитектуры
Поскольку архитектура процессора определена, ее необходимо реализовать. «Микроархитектура определяет, насколько хорошо вы выполняете набор инструкций, — говорит Франк из Arteris. «Когда люди придерживаются согласованной архитектуры набора инструкций, вы выжимаете из лимона микроархитектуру, чтобы обеспечить большую производительность».

Реализация процессора обычно считается стандартным процессом проектирования RTL. Однако это никоим образом не означает, что он тривиален, особенно если он использует неупорядоченный параллелизм, спекуляцию, предсказатели ветвления или один из многих других методов.

Заключение
Существует множество аспектов проектирования, создания и оптимизации процессора, который может выполнять определенную задачу или набор задач, и все эти аспекты тесно связаны между собой. Уделение слишком большого внимания одним и игнорирование других может создать проблемы. Как и в большинстве систем, начало сверху приводит к наибольшему выигрышу.

«Взгляд в прошлое — это 2020 год», — говорит Ум из AMD.