Если вы изучали производительность CPU при покупке следующего процессора, вы наверняка встречали термин «IPC» здесь и там.
Вот слайд с недавнего мероприятия по запуску AMD Ryzen серии 7000, который рекламирует улучшение IPC:
В этой статье я объясню, что такое IPC (Instructions Per Clock/Cycle) и как это влияет на производительность процессора.
К сожалению, один из самых простых способов объяснить IPC всё ещё немного сложен: это количество инструкций, которые ЦП может обработать за один такт.
Но, если это определение ничего не значит для вас, не волнуйтесь. Вы не одиноки.
Что такое IPC
Тактовые циклы и тактовые частоты: погружение с головой в микроархитектуру центрального процессора.
Какой тактовый цикл?
Обзор централи Hikvision AX PRO / Три охранных экосистемы в одном приложении
Это, на самом деле, что-то вроде этого:
Теперь без шуток, позвольте мне объяснить.
Цифровые схемы полагаются на тактовые сигналы, чтобы знать, когда и как выполнять инструкции.
Вот почему большинство электронных устройств, включая процессоры, содержат внутренний осциллятор, поддерживающий стабильное «тиканье часов». Эти тактовые сигналы непрерывны и выглядят как простая прямоугольная волна с высоким и низким состоянием (как показано выше).
Один «цикл» CPU – это временной интервал между двумя этими импульсами, синхронизированными внутренним генератором. Это время, необходимое для перехода из низкого состояния в высокое и обратно в низкое.
Количество этих «циклов», которые он может обрабатывать в секунду, – это то, что мы называем «тактовой частотой» процессора.
Так как тактовая частота и тактовый цикл процессора могут быть разными для каждой архитектуры ЦП, мы никогда не сравниваем ЦП разных марок/поколений, используя только их тактовую частоту.
Определение IPC – на что влияет тактовая частота
Теперь, когда вы знаете, что такое тактовый цикл, определение IPC становится намного проще.
IPC (Instructions Per Clock) – это количество инструкций, которые ЦП может выполнить за один такт.
С другой стороны, тактовая частота процессора (указываемая в ГГц) – это количество тактов, которые он может выполнить за одну секунду. Таким образом, процессор с частотой 3 ГГц может выполнять целых 3 миллиарда циклов за одну секунду!
Даже в рамках одного и того же бренда IPC могут сильно различаться.
Вот один пример:
Просто взгляните на показатели производительности при запуске одноядерного теста Cinebench R20 на всех этих процессорах.
What is 802.11ax Wi-Fi?
Поскольку все процессоры заблокированы на постоянной частоте 4 ГГц, единственным аспектом, который может варьироваться, является количество инструкций, которые эти процессоры могут обрабатывать за такт (их IPC).
Вы можете ясно видеть скачки производительности между поколениями с каждым новым Ryzen.
AMD поднялась с 404 (Ryzen 7 1800X) для одного ядра до 517 (Ryzen 7 5800X) на той же частоте 4 ГГц!
Часто задаваемые вопросы
Как улучшается IPC?
Каждое поколение ЦП улучшает предыдущее (за некоторыми заметными исключениями).
Хотя объяснение того, как вы можете улучшить IPC, перенесёт эту статью на территорию микроархитектуры ЦП, я могу дать вам краткий обзор того, что происходит за кулисами.
Давайте снова воспользуемся слайдами презентации AMD Ryzen 7000? Вот часть, где Марк Пейпермастер из AMD объясняет, как процессоры Zen 4 достигли 13-процентного увеличения IPC по сравнению с предыдущим поколением.
Как вы можете видеть здесь «участников» IPC, перечисленных справа, которые представляют собой некоторые аспекты современного процессора и которые можно улучшить, чтобы получить повысить IPC.
Давайте рассмотрим, что они из себя представляют?
- Кэш L2: банк памяти, построенный на микросхеме ЦП и более медленный, чем кеш L1. Его также называют вторичным кэшем.
- Механизм выполнения: обрабатывает целочисленные операции и операции с памятью, а также операции с плавающей запятой.
- Предсказание ветвления: ускоряет обработку инструкций ветвления с использованием конвейеров.
- Загрузка/сохранение: специализированный блок, отвечающий за выполнение всех инструкций по загрузке и сохранению.
- Внешний интерфейс: имеет дело с упорядоченными операциями, такими как выборка инструкций и декодирование.
Означает ли более высокая частота более быстрый процессор?
Только при сравнении процессоров одной марки и одного поколения.
Никогда не следует использовать тактовые частоты для сравнения производительности двух процессоров в любом другом сценарии.
У вас вполне могут быть «процессоры с частотой 4 ГГц» десятилетней давности, которые будут вытеснены современными процессорами с частотой «3 ГГц».
Вот аналогия, которая может помочь:
Допустим, каждому из двух парней поручено заполнить большую яму гравием, и они могут работать лопатой с постоянной скоростью – 1 лопата в секунду.
Думайте о IPC как о лопате, а о тактовой частоте – как о скорости, с которой кто-то сгребает гравий.
Если оба парня используют одну и ту же лопату, они закончат свои задачи точно в одно и то же время.
Но, если вы поменяете одну лопату на большую, и оба парня продолжат лопатить с одинаковой скоростью – как вы думаете, кто закончит свою работу первым? Конечно же, тот, у кого большая лопата, финиширует первым!
Та же идея с IPC и тактовой частотой процессора. Нет особого смысла сравнивать только скорость процессора, если их IPC могут сильно различаться.
Можно ли измерить IPC процессора?
Так как тактовая частота предлагает относительно простой способ оценить этот аспект производительности ЦП, некоторые по понятным причинам ожидают аналогичного показателя и для IPC.
К сожалению, нет никакого способа количественно оценить IPC, потому что не все инструкции равны, и эти инструкции будут сильно различаться в зависимости от рабочей нагрузки.
Даже относительно простая задача разбивается на машинный код, который может переварить ваш ЦП.
Поскольку существует много рабочих нагрузок / приложений / процессов, с которыми может справиться центральный процессор настольного компьютера, сжать количество этих инструкций, которые они могут выполнить за один такт, в осмысленное число / метрику практически невозможно.
Тем не менее, вы можете получить приблизительную оценку относительного прироста IPC.
Установите для двух ЦП одинаковые тактовую частоту и множитель и запустите одноядерный тест, такой как однопоточный Cinebench R20. Разница в производительности, которую вы увидите здесь, будет очень близка к разнице в IPC.
Источник: webznam.ru
Ликбез: чем отличаются IPC и одноядерная производительность
Понятия IPC и одноядерной производительности путают между собой. Они описывают родственные, но тем не менее разные явления, поэтому их необходимо различать.
реклама
Определение понятий
Следует начать с определений.
рекомендации
Дешевая 4060 Ti Gigabyte Gaming в Ситилинке
Слив i9 13900 в Ситилинке — смотри
10 видов RTX 4060 Ti уже в продаже
Дешевая 4070 MSI — надо брать
Упала на порядок цена 65″ TV Samsung 4K
-20000р на Ryzen 3950X — пора брать
Ищем PHP-программиста для апгрейда конфы
Компьютеры от 10 тр в Ситилинке
Много 4080 от 100тр — цены в рублях не растут
3060 дешевле 30тр цена — как при курсе 68
-7% на ASUS 3050 = 28 тр
IPC (instructions per clock) – количество инструкций на такт; число операций, выполняемых процессором за один процессорный такт.
Одноядерная производительность / производительность на ядро – число операций, выполняемых одним ядром процессора за единицу времени.
реклама
var firedYa28 = false; window.addEventListener(‘load’, () => < if(navigator.userAgent.indexOf(«Chrome-Lighthouse») < window.yaContextCb.push(()=>< Ya.Context.AdvManager.render(< renderTo: ‘yandex_rtb_R-A-630193-28’, blockId: ‘R-A-630193-28’ >) >) >, 3000); > > >);
Как видно из определений, в случае IPC однозначно определена единица времени – один процессорный такт. В случае же производительности на ядро может использоваться любая другая единица времени. Это первое отличие.
Второе отличие, отношение к многоядерности, в текущем контексте не особо интересно. Можно ограничиться отметкой, что IPC отражает производительность всего процессора в целом, а одноядерная производительность – производительность одного отдельно взятого ядра. Вместо одноядерной производительности в тексте можно подставить многоядерную – смысл от этого никак не поменяется.
Изменчивость оценки
Из неопределенности единицы времени в понятии одноядерной производительности следует изменчивость, непостоянство оценки производительности на ядро. Какую единицу времени выбрали – такую оценку и получили. В противоположность IPC всегда константа, всегда постоянна для конкретного процессора.
IPC совершенно не зависит от других характеристик процессора, а производительность на ядро зависит.
реклама
Пусть X – время прохождения бенчмарка. Это время используется для оценки одноядерной производительности. При изменении тактовой частоты процессора изменяется и X – изменяется оценка производительности на ядро. Изменение тактовой частоты не затрагивает IPC, оно изменяет только число тактов. Число же операций в отдельно взятом такте (IPC) остается неизменным.
IPC как составляющая производительности на ядро
IPC одна из составляющих производительности на ядро. Чем выше IPC, тем выше одноядерная производительность при прочих равных.
Одинаковой производительности на ядро при разной IPC можно добиться изменением других характеристик. Возьмем 2 процессора X и Y. Пусть IPC процессора X равно Z, а IPC процессора Y – 0.8 Z. Т.е. IPC процессора Y ниже на 20%. Добиться одинаковой производительности на ядро в этом случае можно снижением тактовой частоты процессора X на 20%. Действительно, 1 Z * 0.8 = 0.8 Z * 1. В итоге получается, что IPC процессоров отличается на 20%, а производительность на ядро идентична.
Вывод
Итак, и IPC и производительность на ядро используются для оценки производительности процессора.
реклама
IPC представляет собой более строгую и «универсальную», легко сравнимую характеристику. Эта характеристика постоянна, не изменяется в процессе работы. Напротив, одноядерная производительность подвержена изменчивости, зависит от множества факторов, непостоянна.
Изменяя тактовую частоту процессора, можно добиться паритета в одноядерной производительности с процессором, IPC которого отличается.
За пост начислено вознаграждение
Источник: overclockers.ru
Inter-process Communication (IPC) — подробное руководство по механизму/программе
IPC – это, понятие, связанное с операционной системой, но есть смысл разобраться в том, что это такое, более подробно.
Этим и займемся.
Cодержание:
- Теоретическая страничка
- Принцип работы
- Примеры работы IPC
- Общее положение
- Три основных вида IPC
- Обеспечение корректной работы обмена данных
- Современные примеры работы ICP
Теоретическая страничка
Каждый хоть немного представляет себе работу обычной операционной системы.
А теперь представьте, что привычная для нас работа нашей ОС превратилась в своего злого двойника, который не просто не похож на свой оригинал, но еще и выполняет все свои обязанности.
Рис. 1. Если хотя бы одна шестерня перестанет крутиться, то вся система перестанет работать справно
Такое развитие событий вполне могло происходить, не будь встроен в нашу систему IPC.
Если хорошо изучить вопрос о зависимости программ друг от друга, то можно понять, что приложений, не зависящих друг от друга, довольно малое количество.
Это вполне логично, так как для высокого коэффициента работы любой системы просто необходима передача информации между составляющими.
Рис. 2. Если не будет передачи актуальных данных, то все процессы и вычисления будут неправильны
Например, когда у человека в работе возникает вопрос, который зависит от его работы, он берет нужную ему информацию с какого-то источника, будь то человек или любой другой источник.
Хоть «ядро» нашего компьютера запрограммировано искать информацию в каком-то определенном источнике, принцип роботы по сути тот же.
Рис. 3. Активный поиск информации
Принцип работы
Для правильного функционирования системы приложениям в обязательном порядке нужна беспрерывная коммуникация между большинством процессов, либо они сами обязаны предоставлять нужную информацию по требованию процессов.
Именно из-за такой потребности в постоянном обмене информацией с приложениями, в операционную систему встраивается не малое количество механизмов, которые отвечают за поддерживание постоянного и безошибочного потока информации.
Такие механизмы или программы носят название «межпроцессорное взаимодействие» – с перевода Inter-process Communication (IPC).
Важно: IPC – это механизм или программа, которая обеспечивает стабильный взаимный обмен данными у потоков информации процесса/процессоров.
Работает данная программа непосредственно в самой операционной системе, и является основой для передачи любой информации.
Рис. 4. Потоки информации
Примеры работы IPC
Еще до развития сетевых технологий актуальным стал вопрос о необходимости в передаче информации от процессора к процессору, работающих на одном компьютере.
Существует просто огромное количество примеров, когда данная программа была использована в довольно примитивных, на сегодняшнее время, механизмах.
Рассмотрим один из ключевых примеров, который наглядно изобразит всю важность IPC даже в очень простых и ранних системах, что уж говорить о его потребности на сегодняшний день.
Более старые версии современного IPC присутствовали еще в MS-DOS.
В процессе развития технологий, когда сетевые технологии и системы только начинали свой долгий путь развития, стала появляться потребность в механизмах создающих взаимосвязь процессоров, которые реализуется на разных компьютерах, состоящих в одной сети.
В то время решение данного вопроса было очень проблематичным.
Дело в том, что такая связь могла проводить обмен данными, если только их платформы или операционные системы относились к одинаковым моделям.
В современной сети данные проблемы уже давно никого не беспокоят. Вот вам краткий наглядный пример работы в таких сетях.
Когда вы совершаете любой выход в Интернет, ваш браузер – один процесс (программа) – входит во взаимосвязь с web-сервером – другим процессором (программой).
Данные процессы выполняются на двух разных компьютерах, в двух разных местах:
- браузер у вас в системе;
- сервер – в любой другой системе или абсолютно в любом месте.
И вы совершенно не задаетесь вопросом, какая у серверов операционная система.
Затрагивая общий принцип работы таких форм как IPC, и не только таких, как она, используется в основном концепция «клиент-сервер».
Понятно, что «клиент» — это приложение, которое запрашивает информацию, а запрос информации идет уже к «серверу» — приложению которое предоставляет нужную информацию.
Рис. 5. Принцип действия сети
Общее положение
Рассмотрев все возможности и примеры использования межпроцессорного взаимодействия, вы сами можете убедиться в том, что данное обеспечение просто необходимо для работы операционной системы, к которой мы так привыкли.
Ниже будут перечислены области взаимодействия IPC, как в одной системе, так и в многопользовательской сети.
На сегодняшний день требования к операционным системам увеличивается пропорционально с ростом уровня технологий.