Uwaga: Ta odpowiedź została napisana przy założeniu, że porównywane procesory składają się z komercyjnie dostępnych SoC opartych na procesorach Intel, AMD i ARM od około 2006 do 2015 roku. Każdy zestaw pomiarów porównawczych będzie nieważny z uwagi na wystarczająco szeroki zakres; Chciałem tu podać bardzo konkretną i „namacalną” odpowiedź, obejmując jednocześnie dwa najczęściej używane typy procesorów, więc podjąłem szereg założeń, które mogą nie być poprawne w absolutnie ogólnym przypadku projektowania procesora. Jeśli masz nitpicks, pamiętaj o tym, zanim je udostępnisz. Dzięki!
Powiedzmy wprost: MHz / GHz i liczba rdzeni nie są już wiarygodnym wskaźnikiem względnej wydajności dowolnych dwóch dowolnych procesorów.
Były to w najlepszym razie wątpliwe liczby, nawet w przeszłości, ale teraz, gdy mamy urządzenia mobilne, są to absolutnie straszne wskaźniki. Wyjaśnię, gdzie można je później wykorzystać w mojej odpowiedzi, ale na razie porozmawiajmy o innych czynnikach.
Dzisiaj najlepszymi liczbami do rozważenia przy porównywaniu procesorów są: Thermal Design Power (TDP) i Feature Fabrication Size , czyli „rozmiar fabryczny” (w nanometrach - nm ).
Zasadniczo: wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej termicznej wzrasta „skala” procesora. Pomyśl o „skali” między rowerem, samochodem, ciężarówką, pociągiem i samolotem towarowym C-17. Wyższy TDP oznacza większą skalę. MHz może , ale nie musi, być wyższy, ale inne czynniki, takie jak złożoność mikroarchitektury, liczba rdzeni, wydajność predyktora gałęzi, ilość pamięci podręcznej, liczba potoków wykonawczych itp., Są zwykle wyższe w przypadku większych- procesory skalujące.
Teraz, gdy rozmiar bajeczny maleje , wzrasta „wydajność” procesora. Jeśli więc założymy, że dwa procesory są zaprojektowane dokładnie tak samo, z wyjątkiem tego, że jeden z nich jest skalowany do 14 nm, podczas gdy drugi ma 28 nm, procesor 14 nm będzie w stanie:
- Wykonuj co najmniej tak szybko, jak procesor o większej wielkości fabrycznej;
- Zrób to przy użyciu mniejszej mocy;
- Rób to, rozpraszając mniej ciepła;
- Zrób to, używając mniejszej objętości pod względem fizycznego rozmiaru układu.
Ogólnie rzecz biorąc, gdy firmy takie jak Intel i producenci układów opartych na ARM (Samsung, Qualcomm itp.) Zmniejszają rozmiar fabryczny, mają również tendencję do nieco zwiększania wydajności. Utrudnia to dokładnie to, jaką efektywność energetyczną mogą zyskać, ale każdy lubi, aby ich rzeczy działały szybciej, więc projektują układy w „zrównoważony” sposób, aby uzyskać pewien wzrost wydajności energetycznej i pewien wzrost wydajności. Z drugiej strony, mogą utrzymywać procesor tak samo energochłonny jak poprzednia generacja, ale znacznie zwiększają wydajność ; lub, mogliby zachować procesor dokładnie z taką samą prędkością jak w poprzedniej generacji, ale zmniejszyć zużycie energii przez wielu .
Głównym punktem do rozważenia jest to, że obecna generacja procesorów tabletów i smartfonów ma TDP około 2 do 4 watów i fantastyczny rozmiar 28 nm. Dolnej półki procesor pulpit z 2012 roku TDP co najmniej 45 W i super wielkości 22 nm. Nawet jeśli System On Chip (SoC) tabletu był podłączony do źródła zasilania A / C, więc nie musi się martwić o zużycie energii (w celu oszczędzania baterii), czterordzeniowy SoC tabletu całkowicie straciłby każdy test porównawczy procesora do niskiej klasy „Core i3” z 2012 roku, dwurdzeniowego procesora działającego z być może niższym GHz.
Powody:
- Układy Core i3 / i5 / i7 są DUŻO większe (pod względem liczby tranzystorów, fizycznej powierzchni matrycy, zużycia energii itp.) Niż układ tabletu;
- Chipy, które trafiają na komputery stacjonarne, znacznie mniej dbają o oszczędność energii. Oprogramowanie, sprzęt i oprogramowanie układowe znacznie obniżają wydajność mobilnych układów SoC, aby zapewnić długą żywotność baterii. Na komputerach funkcje te są wdrażane tylko wtedy, gdy nie wpływają znacząco na najwyższą wydajność, a gdy aplikacja żąda najwyższej wydajności, można ją konsekwentnie podawać. W procesorze mobilnym często wprowadzają wiele „sztuczek”, aby upuszczać ramki tu i tam itd. (Na przykład w grach), które są w większości niewidoczne dla oka, ale oszczędzają czas pracy baterii.
Jedna zgrabna analogia, o której właśnie pomyślałem: możesz pomyśleć o „MHz” procesora, jak miernik „RPM” w silniku spalinowym pojazdu. Jeśli zwiększę obroty silnika motocykla do 6000 obr./min, czy to oznacza, że może on pociągnąć więcej ładunku niż 16-cylindrowy główny napęd pociągu przy 1000 obr./min? Nie, oczywiście nie. Główny motorower ma moc od 2000 do 4000 koni mechanicznych ( przykład tutaj ), podczas gdy silnik motocykla ma moc około 100 do 200 koni mechanicznych ( tutaj przykład motocykla o największej mocy silnika, który kiedykolwiek osiągał tylko 200 KM).
TDP jest bliższy mocy niż MHz, ale nie do końca.
Kontrprzykładem jest porównanie czegoś takiego jak „Haswell” (4. generacji) procesor Intel Core i5 z 2014 roku z czymś w rodzaju wysokiej klasy procesora AMD. Te dwa procesory będą miały wysoką wydajność, ale procesor Intel zużyje o 50% mniej energii! Rzeczywiście, 55-watowy rdzeń i5 często przewyższa 105-watowy procesor AMD „Piledriver”. Głównym powodem jest to, że Intel ma znacznie bardziej zaawansowaną mikroarchitekturę, która odbiegła od AMD pod względem wydajności od początku istnienia marki „Core”. Intel również rozwija swój fantastyczny rozmiar znacznie szybciej niż AMD, pozostawiając AMD w tyle.
Procesory do komputerów stacjonarnych / laptopów są nieco podobne pod względem wydajności, dopóki nie przejdziesz do małych tabletów Intela, które mają podobną wydajność do mobilnych układów SoM ARM z powodu ograniczeń mocy. Ale dopóki procesory do komputerów stacjonarnych i laptopów „na pełną skalę” będą wprowadzać innowacje z roku na rok, co wydaje się prawdopodobne, że tak będzie, procesory tabletów ich nie wyprzedzą.
Na zakończenie stwierdzę, że MHz i liczba rdzeni nie są całkowicie bezużytecznymi danymi. Możesz użyć tych wskaźników, gdy porównujesz procesory, które:
- Są w tym samym segmencie rynku (smartfon / tablet / laptop / komputer stacjonarny);
- Są w tej samej generacji procesorów (tzn. Liczby są znaczące tylko wtedy, gdy procesory są oparte na tej samej architekturze, co zwykle oznacza, że zostaną wydane mniej więcej w tym samym czasie);
- Mają ten sam rozmiar fab i podobny lub identyczny TDP;
- Porównując wszystkie specyfikacje, różnią się przede wszystkim lub wyłącznie częstotliwością MHz (prędkością zegara) lub liczbą rdzeni.
Jeśli te stwierdzenia są prawdziwe w odniesieniu do dwóch dowolnych procesorów - na przykład Intel Xeon E3-1270v3 w porównaniu z Intel Xeon E3-1275v3 - to porównanie ich po prostu przez MHz i / lub liczbę rdzeni może dać ci wskazówkę co do różnicy pod względem wydajności, ale różnica będzie znacznie mniejsza niż można się spodziewać w przypadku większości obciążeń.
Oto mały wykres, który opracowałem w programie Excel, aby zademonstrować względne znaczenie niektórych typowych specyfikacji procesora (uwaga: „MHz” faktycznie odnosi się do „częstotliwości zegara”, ale się spieszyłem; „ISA” odnosi się do „Zestawu instrukcji” Architektura ”, tj. Rzeczywista konstrukcja procesora)
Uwaga: Liczby te są przybliżone / bazują na moich doświadczeniach, a nie na badaniach naukowych.
