1 8mb в процессоре что это

Обновлено: 07.07.2024

Компания AMD с выходом процессоров Ryzen стала использовать новый нейминг продукции, который применяет логику Intel. До этого для процессоров FX маркировка была иная. Разберем на примерах, что означают цифры и буквы в названии процессоров AMD.

Брэнд

Эта часть состоит из названия компании и бренда процессоров. Кроме Ryzen, есть еще менее производительные процессоры Athlon, профессиональные Ryzen Threadripper и серверные Epyc. Что интересно, Intel и AMD при переходе на новые процессоры не отказались от своих прошлых именитых марок Celeron, Pentium и Athlon. Эти процессоры сейчас занимают самый доступный сегмент в линейках обеих компаний.

Семейство процессоров

Все Ryzen делятся на несколько семейств по уровню производительности. Чем выше цифра, тем мощнее процессор:

Ryzen 3 — начальный уровень,
Ryzen 5 — средний уровень,
Ryzen 7 — предтоповый уровень,
Ryzen 9 — топовый уровень.

Основные отличия заключаются в количестве ядер и потоков. Кроме того, могут различаться тактовые частоты, объем кэш-памяти и другие характеристики.

Существуют также процессоры с припиской PRO, например, Ryzen 7 PRO 3700. Это процессоры для корпоративных пользователей, поддерживают технологии шифрования и дополнительные функции безопасности. Но никто не запрещает их использовать и в домашних системах.

Поколение

Здесь важно не путать поколение процессоров и поколение архитектуры Zen, на которой эти процессоры основаны:

1-е поколение Ryzen — архитектура Zen;
2-е поколение Ryzen — архитектура Zen +;
3-е поколение Ryzen — архитектура Zen 2;
5-е поколение Ryzen — архитектура Zen 3.

Обратите внимание, что 4-е поколение состоит из APU и мобильных процессоров и оно все еще основано на Zen 2. Кроме того, процессоры в рамках одного поколения могут быть основаны на разной архитектуре. Так, мобильные процессоры Ryzen 3 5300U, Ryzen 5 5500U и Ryzen 7 5700U — это Zen 2.

Разница между поколениями выражается в производительности, в первую очередь за счет доработки архитектуры. Это и лучшая работа с памятью, и рост производительности на ядро, увеличение максимальной тактовой частоты. А вот число ядер в основном не меняется. Так, Ryzen 5 1600 и Ryzen 5 5600 имеют по 6 ядер и 12 потоков.

Номер процессора

В англоязычных странах этот пункт называется SKU (Stock Keeping Unit), что можно перевести на русский как артикул. Этот номер показывает положение конкретного процессора в рамках одного семейства. Чем больше число, тем лучше процессор. Встречается и еще более детальное наименование, причем разница может быть существенной. Например, у Ryzen 9 3900X 12 ядер, а у 3950X уже 16.

Обратите внимание, что цифры не повторяются в разных семействах: 3600 — это всегда Ryzen 5, а 3700 — Ryzen 7. Не бывает Ryzen 5 3700 или Ryzen 7 3600.

Буквенный суффикс

Суффикса может и не быть, в таком случае перед вами обычный десктопный процессор. Возможность разгона никак не обозначается, так как все настольные процессоры Ryzen имеют разблокированный множитель.

G — есть встроенная графика;
E — энергоэффективный процессор со сниженным теплопакетом;
GE — энергоэффективный процессор со сниженным теплопакетом и встроенной графикой;
X — процессоры с более высокими тактовыми частотами, по сути, разогнанные производителем;
XT — еще более производительные процессоры с большими максимальными частотами;
H — производительная серия для ноутбуков;
HX — еще более производительная серия процессоров для ноутбуков;
HS — особая серия процессоров AMD, производительность которой равна серии H, но теплопакет снижен;
U — энергоэффективная серия для ноутбуков со сниженным теплопакетом.

Процессоры Intel

У Intel довольно простая схема наименования процессоров. Ценовая категория, производительность, наличие встроенного видеоядра и другие параметры зашифрованы в названии. Например, Intel Core i5−9600K. Однако неподготовленного покупателя это может запутать, давайте подробно рассмотрим маркировку процессоров Intel на конкретных примерах.

Под брэндом или торговой маркой подразумевается как название компании, так и процессора. У Intel есть множество разновидностей процессоров: Celeron, Pentium, Core и Xeon, каждый из которых решает свою задачу. Так, Celeron и Pentium — доступные процессоры для задач, где не требуется высокая производительность, Core отлично подходят для игр и рабочих приложений, а Xeon — серверные процессоры.

Семейство процессоров

В рамках торговой марки Intel Core есть своя дифференциация по уровню производительности. Благодаря цифрам в названии можно понять, к какому уровню относится процессор:

Core i3 — начальный уровень;
Core i5 — средний уровень;
Core i7 — предтоповый уровень;
Core i9 — топовый уровень.

Поколение

Чем новее процессор, тем лучше. В 2021 году актуально 11-е поколение процессоров. Но это не значит, что все предыдущие сразу же устарели. Важно знать отличия между поколениями, так как характеристики постоянно меняются. Так, в седьмом поколении процессоры Core i5 имели всего 4 ядра, но в восьмом поколении их стало уже 6.

Номер процессора

В англоязычных странах этот пункт называется SKU (Stock Keeping Unit), что можно перевести на русский как артикул. По номеру можно понять положение конкретного процессора в своем семействе. Они отличаются в основном по базовой и максимальной тактовой частоте, а также объему кэш-памяти. Чем эта цифра больше, тем мощнее процессор. Проще говоря, i5−9600 лучше, чем i5−9400. Обратите внимание, что цифры не повторяются в разных семействах: 9600 — это всегда i5, а 9100 — i3. Не бывает i5−9100 или i3−9600.

В более старых поколениях часто встречалось еще более детальное обозначение, например Core i7−4770K. Также это распространено в современных мобильных версиях. Причем отличия более существенные, чем у настольных процессоров. Например, у i7−10850H только 6 ядер, а у i7−10870H уже 8.

В июле-2021 в Intel представили новые названия технологических норм с инновациями для каждого последующего процесса: Intel 7 обеспечивает увеличение производительности на ватт примерно на 10-15% по сравнению с Intel 10nm SuperFin благодаря оптимизации транзисторов FinFET. Intel 4 будет полностью использовать преимущества литографии EUV для формирования чрезвычайно маленьких элементов с применением инструментов экстремального ультрафиолетового диапазона. Процессор дебютирует в производстве со второй половины 2022 года и впервые появится в коммерческих продуктах 2023 года. Intel 3 будет основан на дальнейших оптимизациях технологии FinFET и расширенном применении инструментов EUV для достижения прироста производительности на ватт примерно на 18% по сравнению с Intel 4, наряду с другими улучшениями. Готовность Intel 3 к коммерческому производству ожидается во второй половине 2023 года.

Intel 20A станет первым техпроцессом Intel, измеряемым ангстремах. Его реализация будет связана с двумя революционными технологиями – RibbonFET и PowerVia. RibbonFET с окружающим (Gate-All-Around, GAA) затвором станет первой новой транзисторной архитектурой Intel со времен первого внедрения FinFET в 2011 году. Эта технология обеспечивает более высокую скорость переключения транзисторов при меньшей занимаемой площади с током канала, сравнимым с многоканальной конфигурацией. Запуск Intel 20A ожидается в 2024 году.

Помимо Intel 20A, в стадии разработки также находится процесс Intel 18A, запуск которого ожидается в начале 2025 года с улучшенной технологией RibbonFET для дальнейшего роста производительности транзисторов.

Буквенный суффикс

Стоит сразу отметить, что его может не быть вообще — i3−9100, i7−8700 и т. д. Это значит, что процессор не имеет каких-либо специфических обозначений. Перед нами стандартный CPU для настольных ПК.

K — разблокированный множитель, то есть процессор можно разогнать при наличии материнской платы на Z-чипсете;
F — отсутствие встроенного видеоядра, то есть без отдельной видеокарты не обойтись;
G1-G7 — процессоры с новой интегрированной графикой Intel Iris X;
G — идет в комплекте с дискретной графикой, например, на платформе Intel NUC;
X или XE — процессоры из Х-линейки. От обычных Core отличаются сокетом и большим количеством ядер;
H — производительная серия для ноутбуков;
HK — производительная серия для ноутбуков с разблокированным множителем;
HQ — производительная серия для ноутбуков, 4 ядра;
T — настольные процессоры со сниженным теплопакетом;
U — энергоэффективная серия для ноутбуков со сниженным теплопакетом;
Y — энергоэффективная серия для ноутбуков с максимально сниженным теплопакетом.

Возможны и различные комбинации вроде i7−10700KF, что означает отсутствие встроенной графики и поддержку разгона.

Большинство индексов или цифр имеют вполне конкретное значение. Обратите на них внимание, когда будете выбирать процессор!

Если вы хотите подобрать оптимальный процессор в свою сборку, то не спешите копаться в технических характеристиках. Много полезной информации скрывается в наименовании ЦПУ. Если знать, что означают все эти буквы и цифры, то можно сэкономить много время. Разобраться в этой теме не сложно, достаточно понимать ключевые моменты. О них и поговорим.

Маркировка процессоров Intel

За всю историю компания Intel выпустила огромное количество разных моделей процессоров, и, разумеется, многие из них сегодня уже устарели. На данный момент актуальными остаются только четыре линейки. Каждая из них имеет свою направленность.

Intel Celeron — самые бюджетные процессоры, предоставляющие базовый уровень производительности для нетребовательных задач.
Intel Pentium Silver — мобильные процессоры, основанные на «малых», наиболее энергоэффективных, ядрах.
Intel Pentium Gold — процессоры с невысокой производительностью, подходят, в основном, для офисных решений.
Intel Core — самая разноплановая линейка, которая включает в себя, как офисные, так и премиальные геймерские решения.
Intel Xeon — модели, ориентированные на серверное применение.

Поскольку Intel Core охватывает большую часть рынка, разберем на её примере как линейка делится на классы.

Core i3 — начальный уровень, подходящий для несложных задач;.
Core i5 — включает в себя универсальные модели из среднего сегмента;
Core i7 — мощные процессоры, в том числе для гейминга;
Core i9 — премиальная продукция, которая, помимо гейминга, ориентирована на ресурсоемкие рабочие приложения;
Core X — исключительно узкоспециализированные профессиональные задачи.

После классификации процессор в названии имеет числовое обозначение. Первая цифра всегда означает поколение. На данный момент самым актуальным является 10-е. У каждого поколения имеется кодовое название. Например:

Как вы заметили, после поколения следуют ещё три цифры. Как правило, они отображают уровень производительности модели относительно других процессоров в одном поколении. Например:

Intel Core i5-7400 — самый слабый среди всех i5 седьмого поколения.
Intel Core i5-7500 — средний по производительности.
Intel Core i5-7600K — самый мощный.

В наименовании модели после цифр может быть расположена буква, которая указывает на отличительную характеристику процессора. Они могут комбинироваться различными способами.

K — процессоры, у которых разблокирован множитель. Если его увеличить, это приведет к увеличению производительности. По умолчанию большинство ЦПУ от компании Intel разгонять нельзя.
F — модели, у которых отсутствует встроенное видеоядро. Это значит, что даже при наличии видеовыходов на материнской плате, вы не получите изображение.
X — высокопроизводительные решения. Как правило, данная маркировка встречается только в премиальных продуктах.
E — встраиваемые процессоры.
T — десктопные процессоры со сниженным энергопотреблением.
M — мобильные процессоры.
Q — четырехъядерные ЦПУ.
H — высокопроизводительные мобильные процессоры.
U — решения, у которых ещё больше снижено энергопотребление.
Y — мобильные процессоры со сниженным энергопотреблением.
L — гибридные процессоры, нацеленные на максимальную энергоэффективность.

Новые мобильные процессоры Intel Core 11-го поколения, а также некоторые 10-го поколения, имеют непривычную маркировку. К примеру, Intel Core i7-1165G7, где цифра после G обозначает класс мобильной графики: G7 — ее максимальная производительность, G4 — средний уровень производительности, а G1 — базовый.

Стоит упомянуть, что многие модели встречаются в двух вариантах исполнения: BOX и OEM. Первый имеет увеличенную гарантию, а также подразумевает наличие кулера в комплекте. Второй продается дешевле, но в комплект поставки ничего не входит. Кстати, процессоры с разблокированным множителем поставляются без кулера и его нужно будет покупать отдельно.

Маркировка процессоров AMD

Говоря про обозначения ЦПУ, следует понимать, что для каждой линейки применяются уникальные правила маркировки, которые не являются универсальными. Поэтому всё, что написано ниже применимо только для ныне актуальных процессоров.

Во всех центральных процессорах любого компьютера, будь то дешёвый ноутбук или сервер за миллионы долларов, есть устройство под названием «кэш». И с очень большой вероятностью он обладает несколькими уровнями.

Наверно, он важен, иначе зачем бы его устанавливать? Но что же делает кэш, и для чего ему разные уровни? И что означает «12-канальный ассоциативный кэш» (12-way set associative)?

Что такое кэш?

TL;DR: это небольшая, но очень быстрая память, расположенная в непосредственной близости от логических блоков центрального процессора.

Однако мы, разумеется, можем узнать о кэше гораздо больше…

Давайте начнём с воображаемой волшебной системы хранения: она бесконечно быстра, может одновременно обрабатывать бесконечное количество операций передачи данных и всегда обеспечивает надёжное и безопасное хранение данных. Конечно же, ничего подобного и близко не существует, однако если бы это было так, то структура процессора была бы гораздо проще.

Процессорам бы тогда требовались только логические блоки для сложения, умножения и т.п, а также система управления передачей данных, ведь наша теоретическая система хранения способна мгновенно передавать и получать все необходимые числа; ни одному из логических блоков не приходится простаивать в ожидании передачи данных.

Но, как мы знаем, такой волшебной технологии хранения не существует. Вместо неё у нас есть жёсткие диски или твердотельные накопители, и даже самые лучшие из них далеки от возможностей обработки, необходимых для современного процессора.

Великий Т'Фон хранения данных

Причина этого заключается в том, что современные процессоры невероятно быстры — им требуется всего один тактовый цикл для сложения двух 64-битных целочисленных значений; если процессор работает с частотой 4 ГГЦ, то это составляет всего 0,00000000025 секунды, или четверть наносекунды.

В то же время, вращающемуся жёсткому диску требуются тысячи наносекунд только для нахождения данных на дисках, не говоря уже об их передаче, а твердотельным накопителям — десятки или сотни наносекунд.

Очевидно, что такие приводы невозможно встроить внутрь процессоров, поэтому между ними будет присутствовать физическое разделение. Поэтому ещё добавляется время на перемещение данных, что усугубляет ситуацию.

Увы, но это Великий А'Туин хранения данных

Именно поэтому нам нужна ещё одна система хранения данных, расположенная между процессором и основным накопителем. Она должна быть быстрее накопителя, способна одновременно управлять множеством операций передачи данных и находиться намного ближе к процессору.

Ну, у нас уже есть такая система, и она называется ОЗУ (RAM); она присутствует в каждом компьютере и выполняет именно эту задачу.

Почти все такие хранилища имеют тип DRAM (dynamic random access memory); они способны передавать данные гораздо быстрее, чем любой накопитель.

Однако, несмотря на свою огромную скорость, DRAM не способна хранить такие объёмы данных.

Одни из самых крупных чипов памяти DDR4, разработанных Micron, хранят 32 Гбит, или 4 ГБ данных; самые крупные жёсткие диски хранят в 4 000 раз больше.

Итак, хоть мы и повысили скорость нашей сети данных, нам потребуются дополнительные системы (аппаратные и программные), чтобы разобраться, какие данные должны храниться в ограниченном объёме DRAM, готовые к обработке процессором.

DRAM могут изготавливаться в корпусе чипа (это называется встроенной (embedded) DRAM). Однако процессоры довольно малы, поэтому в них не удастся поместить много памяти.

10 МБ DRAM слева от графического процессора Xbox 360. Источник: CPU Grave Yard

Подавляющее большинство DRAM расположено в непосредственной близости от процессора, подключено к материнской плате и всегда является самым близким к процессору компонентом. Тем не менее, эта память всё равно недостаточно быстра…

DRAM требуется примерно 100 наносекунд для нахождения данных, но, по крайней мере, она способна передавать миллиарды битов в секунду. Похоже, нам нужна ещё одна ступень памяти, которую можно разместить между блоками процессора и DRAM.

На сцене появляется оставшаяся ступень: SRAM (static random access memory). DRAM использует микроскопические конденсаторы для хранения данных в виде электрического заряда, а SRAM для той же задачи применяет транзисторы, которые работают с той же скоростью, что и логические блоки процессора (примерно в 10 раз быстрее, чем DRAM).

Разумеется, у SRAM есть недостаток, и он опять-таки связан с пространством.

Память на основе транзисторов занимает гораздо больше места, чем DRAM: в том же размере, что чип DDR4 на 4 ГБ, можно получить меньше 100 МБ SRAM. Но поскольку она производится по тому же технологическому процессу, что и CPU, память SRAM можно встроить прямо внутрь процессора, максимально близко к логическим блокам.

С каждой дополнительной ступенью мы увеличивали скорость перемещаемых данных ценой хранимого объёма. Мы можем продолжить и добавлять новые ступени,, которые будут быстрее, но меньше.

И так мы добрались до более строгого определения понятия кэша: это набор блоков SRAM, расположенных внутри процессора; они обеспечивают максимальную занятость процессора благодаря передаче и сохранению данных с очень высокими скоростями. Вас устраивает такое определение? Отлично, потому что дальше всё будет намного сложнее!

Кэш: многоуровневая парковка

На приведённом выше изображении процессор (CPU) обозначен прямоугольником с пунктирной границей. Слева расположены ALU (arithmetic logic units, арифметико-логические устройства); это структуры, выполняющие математические операции. Хотя строго говоря, они не являются кэшем, ближайший к ALU уровень памяти — это регистры (они упорядочены в регистровый файл).

Каждый из них хранит одно число, например, 64-битное целое число; само значение может быть элементом каких-нибудь данных, кодом определённой инструкции или адресом памяти каких-то других данных.

Регистровый файл в десктопных процессорах довольно мал, например, в каждом из ядер Intel Core i9-9900K есть по два банка таких файлов, а тот, который предназначен для целых чисел, содержит всего 180 64-битных целых чисел. Другой регистровый файл для векторов (небольших массивов чисел) содержит 168 256-битных элементов. То есть общий регистровый файл каждого ядра чуть меньше 7 КБ. Для сравнения: регистровый файл потоковых мультипроцессоров (так в GPU называются аналоги ядер CPU) Nvidia GeForce RTX 2080 Ti имеет размер 256 КБ.

Регистры, как и кэш, являются SRAM, но их скорость не превышает скорость обслуживаемых ими ALU; они передают данные за один тактовый цикл. Но они не предназначены для хранения больших объёмов данных (только одного элемента), поэтому рядом с ними всегда есть более крупные блоки памяти: это кэш первого уровня (Level 1).

Одно ядро процессора Intel Skylake. Источник: Wikichip

На изображении выше представлен увеличенный снимок одного из ядер десктопного процессора Intel Skylake.

ALU и регистровые файлы расположены слева и обведены зелёной рамкой. В верхней части фотографии белым обозначен кэш данных первого уровня (Level 1 Data cache). Он не содержит много информации, всего 32 КБ, но как и регистры, он расположен очень близко к логическим блокам и работает на одной скорости с ними.

Ещё одним белым прямоугольником справа показан кэш инструкций первого уровня (Level 1 Instruction cache), тоже имеющий размер 32 КБ. Как понятно из названия, в нём хранятся различные команды, готовые к разбиению на более мелкие микрооперации (обычно обозначаемые μops), которые должны выполнять ALU. Для них тоже существует кэш, который можно классифицировать как Level 0, потому что он меньше (содержит всего 1 500 операций) и ближе, чем кэши L1.

Вы можете задаться вопросом: почему эти блоки SRAM настолько малы? Почему они не имеют размер в мегабайт? Вместе кэши данных и инструкций занимают почти такую же площадь на чипе, что основные логические блоки, поэтому их увеличение приведёт к повышению общей площади кристалла.

Но основная причина их размера в несколько килобайт заключается в том, что при увеличении ёмкости памяти повышается время, необходимое для поиска и получения данных. Кэшу L1 нужно быть очень быстрым, поэтому необходимо достичь компромисса между размером и скоростью — в лучшем случае для получения данных из этого кэша требуется около 5 тактовых циклов (для значений с плавающей запятой больше).

Кэш L2 процессора Skylake: 256 КБ SRAM

Но если бы это был единственный кэш внутри процессора, то его производительность наткнулась бы на неожиданное препятствие. Именно поэтому в ядра встраивается еще один уровень памяти: кэш Level 2. Это обобщённый блок хранения, содержащий инструкции и данные.

Он всегда больше, чем Level 1: в процессорах AMD Zen 2 он занимает до 512 КБ, чтобы кэши нижнего уровня обеспечивались достаточным объёмом данных. Однако большой размер требует жертв — для поиска и передачи данных из этого кэша требуется примерно в два раза больше времени по сравнению с Level 1.

Во времена первого Intel Pentium кэш Level 2 был отдельным чипом, или устанавливаемым на отдельной небольшой плате (как ОЗУ DIMM), или встроенным в основную материнскую плату. Постепенно он перебрался в корпус самого процессора, и, наконец, полностью интегрировался в кристалл чипа; это произошло в эпоху таких процессоров, как Pentium III и AMD K6-III.

За этим достижением вскоре последовал ещё один уровень кэша, необходимый для поддержки более низких уровней, и появился он как раз вовремя — в эпоху расцвета многоядерных чипов.

Чип Intel Kaby Lake. Источник: Wikichip

На этом изображении чипа Intel Kaby Lake в левой части показаны четыре ядра (интегрированный GPU занимает почти половину кристалла и находится справа). Каждое ядро имеет свой «личный» набор кэшей Level 1 и 2 (выделены белыми и жёлтым прямоугольниками), но у них также есть и третий комплект блоков SRAM.

Кэш третьего уровня (Level 3), хоть и расположен непосредственно рядом с одним ядром, является полностью общим для всех остальных — каждое ядро свободно может получать доступ к содержимому кэша L3 другого ядра. Он намного больше (от 2 до 32 МБ), но и намного медленнее, в среднем более 30 циклов, особенно когда ядру нужно использовать данные, находящиеся в блоке кэша, расположенного на большом расстоянии.

Ниже показано одно ядро архитектуры AMD Zen 2: кэши Level 1 данных и инструкций по 32 КБ (в белых прямоугольниках), кэш Level 2 на 512 КБ (в жёлтых прямоугольниках) и огромный блок кэша L3 на 4 МБ (в красном прямоугольнике).

Увеличенный снимок одного ядра процессора AMD Zen 2. Источник: Fritzchens Fritz

Но постойте: как 32 КБ могут занимать больше физического пространства чем 512 КБ? Если Level 1 хранит так мало данных, почему он непропорционально велик по сравнению с кэшами L2 и L3?

Не только числа

Кэш повышает производительность, ускоряя передачу данных в логические блоки и храня поблизости копию часто используемых инструкций и данных. Хранящаяся в кэше информация разделена на две части: сами данные и место, где они изначально располагаются в системной памяти/накопителе — такой адрес называется тег кэша (cache tag).

Когда процессор выполняет операцию, которой нужно считать или записать данные из/в память, то он начинает с проверки тегов в кэше Level 1. Если нужные данные там есть (произошло кэш-попадание (cache hit)), то доступ к этим данным выполняется почти сразу же. Промах кэша (cache miss) возникает, если требуемый тег не найден на самом нижнем уровне кэша.

В кэше L1 создаётся новый тег, а за дело берётся остальная часть архитектуры процессора выполняющая поиск в других уровнях кэша (при необходимости вплоть до основного накопителя) данных для этого тега. Но чтобы освободить пространство в кэше L1 под этот новый тег, что-то обязательно нужно перебросить в L2.

Это приводит к почти постоянному перемешиванию данных, выполняемому всего за несколько тактовых циклов. Единственный способ добиться этого — создание сложной структуры вокруг SRAM для обработки управления данными. Иными словами, если бы ядро процессора состояло всего из одного ALU, то кэш L1 был бы гораздо проще, но поскольку их десятки (и многие из них жонглируют двумя потоками инструкций), то для перемещения данных кэшу требуется множество соединений.

Для изучения информации кэша в процессоре вашего компьютера можно использовать бесплатные программы, например CPU-Z. Но что означает вся эта информация? Важным элементом является метка set associative (множественно-ассоциативный) — она указывает на правила, применяемые для копирования блоков данных из системной памяти в кэш.

Представленная выше информация кэша относится к Intel Core i7-9700K. Каждый из его кэшей Level 1 разделён на 64 небольших блока, называемые sets, и каждый из этих блоков ещё разбит на строки кэша (cache lines) (размером 64 байта). «Set associative» означает, что блок данных из системы привязывается к строкам кэша в одном конкретном сете, и не может свободно привязываться к какому-то другому месту.

Инклюзивный кэш L1+L2, victim cache L3, политики write-back, есть даже ECC. Источник: Fritzchens Fritz

Ещё один аспект сложности кэша связан с тем, как хранятся данные между разными уровнями. Правила задаются в inclusion policy (политике инклюзивности). Например, процессоры Intel Core имеют полностью инклюзивные кэши L1+L3. Это означает, что одни данные в Level 1, например, могут присутствовать в Level 3. Может показаться, что это пустая трата ценного пространства кэша, однако преимущество заключается в том, что если процессор совершает промах при поиске тега в нижнем уровне, ему не потребуется обыскивать верхний уровень для нахождения данных.

В тех же самых процессорах кэш L2 неинклюзивен: все хранящиеся там данные не копируются ни на какой другой уровень. Это экономит место, но приводит к тому, что системе памяти чипа нужно искать ненайденный тег в L3 (который всегда намного больше). Victim caches (кэши-жертвы) имеют похожий принцип, но они используются для хранения информации, переносимой с более низких уровней. Например, процессоры AMD Zen 2 используют victim cache L3, который просто хранит данные из L2.

Существуют и другие политики для кэша, например, при которых данные записываются и в кэш, и основную системную память. Они называются политиками записи (write policies); большинство современных процессоров использует кэши write-back — это означает, что когда данные записываются на уровень кэшей, происходит задержка перед записью их копии в системную память. Чаще всего эта пауза длится в течение того времени, пока данные остаются в кэше — ОЗУ получает эту информацию только при «выталкивании» из кэша.

Графический процессор Nvidia GA100, имеющий 20 МБ кэша L1 и 40 МБ кэша L2

Для проектировщиков процессоров выбор объёма, типа и политики кэшей является вопросом уравновешивания стремления к повышению мощности процессора с увеличением его сложности и занимаемым чипом пространством. Если бы можно было создать 1000-канальные ассоциативные кэши Level 1 на 20 МБ такими, чтобы они при этом не занимали площадь Манхэттена (и не потребляли столько же энергии), то у нас у всех бы были компьютеры с такими чипами!

Самый нижний уровень кэшей в современных процессорах за последнее десятилетие практически не изменился. Однако кэш Level 3 продолжает расти в размерах. Если бы десять лет назад у вас было 999 долларов на Intel i7-980X, то вы могли бы получить кэш размером 12 МБ. Сегодня за половину этой суммы можно приобрести 64 МБ.

Подведём итог: кэш — это абсолютно необходимое и потрясающее устройство. Мы не рассматривали другие типы кэшей в CPU и GPU (например, буферы ассоциативной трансляции или кэши текстур), но поскольку все они имеют такую же простую структуру и расположение уровней, разобраться в них будет несложно.

Был ли у вас компьютер с кэшем L2 на материнской плате? Как насчёт слотовых Pentium II и Celeron (например, 300a) на дочерних платах? Помните свой первый процессор с общим L3?

На правах рекламы

Наша компания предлагает в аренду серверы с процессорами от Intel и AMD. В последнем случае — это эпичные серверы! VDS с AMD EPYC, частота ядра CPU до 3.4 GHz. Максимальная конфигурация — 128 ядер CPU, 512 ГБ RAM, 4000 ГБ NVMe.

Вот часто смотришь на характеристики десктопных и ноутбучных процессоров и впадаешь в ступор. Вроде бы характеристики у них очень похожи: одинаковое количество ядер, почти одинаковые частоты и вроде бы похожая производительность.

Но на деле всё совсем не так. Поэтому сегодня постараемся разобраться в путанице и ответим на самый главный вопрос. Чем же всё-таки отличаются ноутбучные процессоры от десктопных.

Архитектура

Что вообще такое центральный процессор? Это очень сложное устройство, которое состоит из множества компонентов, каждый из которых отвечает за свой круг задач.

Ядра, кэш память, блоки ввода/вывода информации, дополнительные сопроцессоры, типа нейронного или сигнального, блок кодирования-декодирования разных кодеков и так далее. Компонентов очень много и все они должны идеально взаимодействовать друг с другом.

Поэтому каждый из производителей в поисках идеала, с каждым новом поколением процессоров меняет характеристики компонентов, их компоновку и так далее, совершенствуя формулу взаимодействия компонентов. И называется это всё архитектурой. Например, архитектура Zen, которая используется в процессорах AMD Ryzen.

Небольшая ремарка, еще существует понятие микроархитектура. В чем разница? Если архитектура — это просто свод правил, то микроархитектура — это ее физическое воплощение на кристалле. То есть все процессоры Ryzen работают на одной одной архитектуре Zen, но при этом каждое новое поколение работает на новой микроархитектуре: Zen 1, Zen 2, Zen 3. Но чтобы не усложнять, в этом материале я буду всё называть архитектурой.

С одной стороны, архитектура — это строгий и очень подробный свод правил, который объясняет как именно должен работать процессор.

С другой стороны, одно из важнейших требований к современным архитектурам — это способность масштабироваться. Хорошая архитектура позволяет работать с процессорами как с конструктором, добавляя и убирая элементы, чтобы собирать совершенно разные конфигурации под разные требования.

Для десктопных процессоров основное требование — это высокая производительность, высокие тактовые частоты, поддержка большого количества ядер, возможность оверклокинга и прочие радости ПК-бояр.

Например, десктопные AMD Ryzen могут масштабироваться до 64 ядер. Но естественно такие процессоры занимают много места, жрут много энергии и сильно греются. Соответственно, для ноутбучных процессоров требования совершенно другие. Какие же это требования?

Бюджеты

Кстати, именно из-за экономии места, ноутбучные процессоры распаиваются прямо на материнской плате и их нельзя заменить (в отличие от десктопных процессоров, которые спокойно вставляются в специальный сокет). Такой тип установки называется BGA, что расшифровывается как Ball grid array — массив шариков. А всё потому что BGA выводы на материнской плате выглядят как массив шариков из припоя.

Также для ноутбуков и особенно ультрабуков важно наличие встроенной графики на одном кристалле с центральным процессором. Поэтому чаще всего мобильные процессоры являются гибридными, то есть содержат в себе и графический, и центральный процессор. AMD такие процессоры называет APU — accelerated processor unit.

В десктопах APU встречается гораздо реже, но иногда выпускаются небольшими партиями специально для компактных сборок. У AMD это процессоры серии G. И конечно же XBOX и PlayStation работают на APU.

И это всё мы говорили про кремниевый бюджет. Но естественно, это не основное ограничение для ноутбучных процессоров.

Ключевой момент в доступном термальном и электрическом бюджетах. То есть в нагреве и доступной для потребления электроэнергии. И это второй важный вид бюджета.

Чаще всего оба этих требования выражаются в одной единственной аббревиатуре и это TDP или thermal design power, что переводится на русский как конструктивные требования по теплоотводу. Этот параметр измеряется в Вт тепла. Он указывает на отвод какой тепловой мощности должна быть рассчитана система охлаждения ноутбука или ПК, чтобы процессор мог нормально работать. Естественно в ноутбук нельзя установить такую же мощную систему охлаждения, как и в большую рабочую станцию.

Также в ноутбуках есть еще ограничение на общее энергопотребление. Например, ноутбук с довольно мощной дискретной графикой будет потреблять больше энергии, чем может выдать встроенный в ноутбук аккумулятор. В связи с этим такие ноутбуки будут работать на полную мощность только при подключении к электросети.

Итого, несмотря на то, что многие мобильные процессоры на бумаге могут выглядеть очень похоже на десктопные: они могут иметь тоже количество ядер, быть построены на той же архитектуре и даже работать примерно на той же тактовой частоте. Всё равно процессоры для ноутбуков и ПК сильно отличаются в силу того, что они сконфигурированы под работу в совершенно разных условиях.

Думаю, мысль простая и понятная, но на практике всё куда сложнее, чем в теории. Поэтому давайте попробуем сравнить максимально похожие процессоры для ноутбуков и ПК, и поймем в чем там конкретно разница.

Практика

Итак, наши кандидаты для сравнения. В качестве ноутбучного представителя у меня есть ASUS VivoBook S15 с процессором AMD Ryzen 7 4700U. Сравнивать мы его будем с AMD Ryzen 7 PRO 3700. И сразу видим некоторые сложности с именованием. Почему это мы сравниваем 4000-серию в мобильных процессоров с 3000-й десктопной?

Дело в том, что в последние годы AMD, при переходе на новую архитектуру, сначала выпускает десктопные процессоры, а потом на следующий год мобильные. К примеру, десктопные процессоры Ryzen 3000 серии на архитектуре Zen 2 вышли летом-осенью 2019-го. А мобильные процессоры на той же архитектуре Zen 2 вышли позже зимой 2020-го и уже были 4000 серии, хотя по сути десктопные 3000-ки и мобильные 4000-ки — это одно поколение. Такая же логика справедлива и для следующих поколений на архитектуре Zen 3.

Более того, мобильные и десктопные процессоры отличаются сериями. У мобильных процессоров бывает U-серия. Это процессоры для быстрых ультрабуков с TDP районе 15 Вт. И H-серия для ноутбуков.

Думаю, разобрались. Чем же отличаются эти процессоры? По сути, кроме архитектуры Zen 2 и количества ядер — всем!

У десктопа в 4 раза больше транзисторов. Но при этом у процессоров по тестам одинаковая одноядерная производительность, а многопоточная уже отличается вдвое. Что крайне важно для профессиональных ресурсоемких задач: рендеринг 3D-видео, серьёзная цветокоррекция, различные математические симуляции. Ну и в играх тоже немного полезно, но не сильно.

Но главное тут даже не сколько попугаев выбивает процессор, а как долго он сможет держать максимальную производительность. И в этом плане десктопы с серьезными системами охлаждения вне конкуренции.

Но все же. Важно, что каждый из этих процессов хорошо справляется своей задачей. При этом нельзя не отметить, что в последние годы мобильные процессоры настолько подросли по производительности, что стали справляться с огромным рядом профессиональных задач. И сейчас даже тонкого ноутбука достаточно почти для всего, даже для монтажа.

Например, на ASUS VivoBook S15 в Adobe Premiere Pro я запустил 4К-проект фильма и он его совершенно спокойно прожевал.

Центральный процессор (ЦП) – базовый элемент компьютера, выполненный в виде электронного блока или интегральной схемы (так называемый микропроцессор). В англоязычных источниках его часто называют CPU (Central Processing Unit). Задача ЦП – исполнение заданных команд (программного кода), обработка информации, а также осуществление управления всеми интегрированными в компьютер и подключаемыми модулями.

От мощности ЦП зависит быстродействие компьютера.

Главные характеристики процессора:

Тактовая частота – количество операций, которое ЦП может осуществить за 1 секунду. Именно она определяет быстродействие процессора.

Разрядность – объем информации в битах, которое процессор обрабатывает за каждый такт. Современные производители собирают 64-х разрядные процессоры.

Процессоры Intel

Ведущую позицию по изготовлению процессоров занимает компания Intel. Она производит ЦП трех типов.

1. Celeron – сравнительно недорогой процессор, с невысокой производительностью. Его создали в качестве «бюджетного брата» более мощных ЦП.

2. Atom – микропроцессоры с низким энергопотреблением. Созданы для мобильных устройств: планшетников, смартфонов, нетбуков.

3. Core i – ЦП, применяемые всеми производителями компьютеров и ноутбуков. Они интегрированы в большинство компьютеров архитектур IBM и Mac. Выпускают процессоры:

Core i3 (самые слабые из семейства; имеют 2 физических ядра и тактовую частоту от 2,93 до 3,8 ГГц);

Core i5 (более мощные ЦП, с 4-мя физическими ядрами; тактовая частота ЦП i5 до 3,5 ГГц, кроме 2-х ядерного i5-661 с тактовой частотой 3,33 ГГц);

Core i7 (4-х ядерные процессоры; тактовая частота процессоров этого семейства от 2,8 ГГц до 5 МГц).

Процессоры AMD

Вторым по объему продаж процессоров является компания AMD (Advanced Micro Devices). Они зарекомендовали себя на рынке микропроцессоров как недорогие, но мощные - компания AMD является основным конкурентов Intel.

На сегодняшний день основными линейками процессоров AMD являются:

бюджетная серия E (модели E1 c 2 ядрами и E2 с 4 ядрами);
APU - серия со встроенным графическим ядром (модели A4,A6 c 2-мя ядрами; A8,A10 c 4-мя ядрами);
Athlon - собственно те же APU, только с отключенным видеоядром и по меньшей стоимости (модель X4 с четырьмя ядрами, X8 соответственно с восьмью);
FX - серия наиболее мощных моделей процессоров, все они имеют по 8 ядер.

Третий известный производитель 32-х и 64-х разрядных процессоров ARM Limited. Процессоры ARM применяются в большинстве мобильных устройствах, как самостоятельно, так и в сочетании с другими процессорами. В компьютерах ARM устанавливают редко. Планы по созданию поколения ноутбуков на базе ARM есть у разработчиков Apple, но пока ноутбуки и стационарные компьютеры Mac содержат Core i5 и i7.

При покупке компьютера или иного устройства информацию о технических характеристиках (начинке компьютера) можно найти в прилагаемом руководстве. На ноутбуках часто присутствует множество наклеек, на которых указан тип центрального процессора, модель графической карты, параметры дисплея и операционной системы.

Таблица мощности процессоров (сравнение)

Тест PassMark (больше- лучше)

Соотношение цена / качество (производи-тельность)
процессора (больше- лучше)

Читайте также: