מכמות ליבות ועד IPC – מה קובע את ביצועי המעבד?

בשנים האחרונות תחום המעבדים (CPU – Central Processing Unit) עובר שינויים משמעותיים. החזרה של AMD לתחום והכניסה של ARM לקדמת הבמה מובילים שינויים מרחיקי לכת בתחום המעבדים. למעבדים המודרניים יש כל כך הרבה פרמטרים, פיצ'רים ומפרטים שונים שכל מאוד ללכת לאיבוד ביניהם. 

עד לפני מספר שנים, אינטל הייתה יצרנית המעבדים העיקרית לשוק הביתי. מרבית המעבדים היו מגיעים עם 2 עד 4 ליבות ובחירות המעבד הייתה תלויה בעיקר בתקציב. מחשבים בתקציב נמוך היו מגיעים עם מעבדי Core i3, מחשבי גיימינג לרוב עם Core i5 והמחשבים היקרים יותר היו מגיעים עם מעבדי הדגל מסדרת Core i7.

כיום תחום המעבדים מלא בתחרות עם דגמים רבים ממספר יצרניות בכל תג מחיר אפשרי. התחרות בין יצרניות המעבדים השונות מתרכזת סביב מספרי קהלי יעד שונים וביניהם גם הגיימרים. לכל אחת מן החברות ישנה הדרך שלה לפנות לכל קהל יעד. האחת תדגיש את ביצועי הליבה הבודדת שלה, האחרת את כמות הליבות ואילו חברה שלישית יכלה להדגיש חסכוניות בחשמל או IPC לצורך העניין.

האינטרנט מוצף בדיונים רבים הנוגעים לאיך נכון לרכוש מעבד ועל אילו פרמטרים צריך להסתכל. לא פעם יצא לנו לראות השוואה בין תדרים, בין כמות ליבות, בין IPC ואפילו בין הליתוגרפיה של המעבדים (תהליך ייצור, למשל: 5nm).

אחד הדברים שמתפספסים כמעט בכל דיון ודיון הוא מה כל אותם נתונים אומרים. מה זה באמת אומר שהמעבד מיוצר ב-7nm ומה החשיבות של תדרים גבוהים כמו 5Ghz? האם באמת יש צורך ב-8 ליבות או שמא אפילו 6 ליבות מספיקות?

תדרים ו-IPC

התדר הוא אחד הפרמטרים הבולטים ביותר המוצגים במפרט של כל מעבד. נהוג לומר שככל שתדר המעבד גבוה יותר – כך הביצועים שלו גבוהים יותר. יחד עם זאת, התדר כשלעצמו לא קובע יותר מידי. קחו כדוגמה את ה-FX-9590 של AMD. הוא היה המעבד הראשון שהציג תדר של 5.0Ghz ואפילו הגיע עם 8 ליבות. ה-FX-9590 הוא הושק בשנת 2013 והוא מציג נתונים טכניים יבשים שמזכירים מעבדים מודרניים. בפועל הביצועים שלו מאוד. איך זה הגיוני? התשובה היא IPC.

אחד הפרמטרים שלא זוכה להגיע לאור הזרקורים הוא ה-IPC. השם המלא של IPC הוא Instructions per Cycle. וכשמו כן הוא, כמה פעולות המעבד יכול לעשות בכל מחזור שעון. תדר של 5.0Ghz אומר שהמעבד מבצע 5 מיליארד מחזורים בשנייה, אך הנתון הזה לא אומר כמה פעולות הוא מצליח לבצע בכל מחזור שכזה.

הדרך הטובה ביותר להבין מהו IPC היא דוגמא דווקא מעולם הלימודים. דמיינו לכם שני תלמידים שקיבלו 100 באנגלית, על פניו זה נראה אותו ציון, כמו ששני מעבדים שונים יכולים להציג תדר זהה, למשל ה-FX-9590 וה-i9-9900ks ששניהם מגיעים ל-5Ghz.

כעת אני אוסיף נתון, אחד התלמידים לומד ב-5 יחידות לימוד ואילו השני לומד ב-3 יחידות לימוד. אז נכון, על פניו שניהם קיבלו את אותו הציון – 100 אך הציון של התלמיד הלומד ב-5 יחידות לימוד הרבה יותר מרשים, מראה יותר ידע והוא ככל הנראה גם עשה הרבה יותר פעולות במבחן על מנת לקבל את הציון הזה.

כך גם שני מעבדים, מצד אחד שני מעבדים יכולים להראות תדר זהה ולקבל ביצועים שונים ואילו במקרה אחר מעבד בעל תדר נמוך יותר יכול להפיק את הביצועים הטובים יותר, זה תלוי ב-IPC של הארכיטקטורה עליה מבוסס המעבד.

על מנת למדוד הבדלי IPC, נהוג להגדיר את המעבדים בהשוואה על תדר זהה ולהריץ מבחן ביצועים הנועד לבדוק ליבה בודדת, למשל מבחן ה-Single Core של Cinebench R23. השילוב של תדר ו-IPC ביחד יכול לתת תמונה נכונה יותר אודות ביצועי מעבד מסוים בהשוואה לאחרים ואילו התדר עצמו לא תמיד משקף את תמונת המצב המלאה.

ליבות, ליבות ועוד ליבות או שלא?….

קיימים ברשת דיונים רבים, ארוכים, עמוסים ואפילו חופרים בנושא כמות הליבות, על החשיבות של כמות ליבות וכמה ליבות הצרכנים השונים באמת צריכים.

הדרך הפשוטה ביותר להגדיר מהי ליבה היא לקרוא לה "מעבד קטן". בעצם המעבדים שיש לנו במחשב מתחלקים לכמה "מעבדים קטנים" כאשר לכל ליבה יש יכולות עיבוד משלה. במעבדים בעלי טכנולוגיות HT או SMT כל ליבה פיזית מופיעה במערכת ההפעלה כשתי ליבות לוגיות וכל ליבה פיזית מסוגלת לבצע 2 פעולות במקביל ולא אחת.

הגישה המתפתחת כיום היא של ריבוי ליבות. משחקי ה-AAA שיוצאים לשוק מתעדפים יותר ויותר ריבוי ליבות על פני ביצועי ליבה בודדת (תדר ו-IPC). יחד עם זאת משחקי Esports כמו Counter-Strike 2 מתעדפים את הליבה הבודדת ולא מסוגלים לנצל ריבוי ליבות עקב מגבלות של מנועי המשחקים.

גם בעולם המקצועי קיימת מחלוקת דומה. ישנן תוכנות המבוססות על ביצועי ליבה בודדת גבוהים ואילו אחרות יתעדפו כמה שיותר ליבות על פני ביצועי הליבה הבודדת.

ליתוגרפיה: מה בכלל הגודל קובע?

סביב הליתוגרפיה ותהליכי הייצור רצות הרבה דעות לא מבוססות ברחבי הרשת. אנשים ממהרים לתקוף אינטל בגלל שהיא על טכנולוגיות ייצור ישנות יותר כמו Intel 7 (7nm) בשנים האחרונות מול AMD שהתקדמה לתהליך הייצור 5nm של TSMC.

לפני שאתם ממהרים לתקוף חברה כזו או אחרת על תהליך הייצור שלה בואו נבין באמת מה הוא אומר ועל מה הוא באמת משפיע. הדבר הראשון שחשוב לי להדגיש הוא שאין סטנדרט למדידה של תהליך הייצור. במילים אחרות זה אומר ש-5nm של אינטל לא בהכרח זהה ל-5nm של TSMC או ל-5nm של GlobalFoundries וכן הלאה.

למעשה, תהליך הייצור 7nm של אינטל עשוי להיות יותר "טוב" מתהליך הייצור 7mn של TSMC. מעבר לכך תהליך הייצור לא משפיע באופן ישיר על הביצועים. ניתן לייצר מעבד 7nm בתדר של 4.0GHz עם IPC נמוך ובמקביל לייצר מעבד 10nm בתדר 5Ghz ועם IPC גבוה מאוד.

תהליך הייצור כן יכול להשפיע על צריכת החשמל של המעבד, על כמות הטרנזיסטורים הקיימים בו וכמובן שגם על החום אותו הוא פולט. עוד נקודה שחשוב להבהיר היא שככל שתהליך הייצור קטן ובעיקר כשמגיעים לתהליכי ייצור חד ספרתיים, בכל הקטנה של תהליך הייצור הקושי להגיע לתדרים גבוהים הולך וגדל זאת עקב תכונות פיזיקליות כמו התנגדות חשמלית כך שאין טעם לצפות לתדרים גבוהים משמעותית עם הקטנת תהליכי הייצור.

נקודה נוספת ואחרונה שגם היא מתפספסת מידי פעם היא שלא כל רכיבי המעבד מיוצרים בתהליך הייצור הנקוב במפרט המעבד/ארכיטקטורה. בעולם של צ'יפלטים (chiplets) ו-Infinity Fabric רכיבים שונים של המעבד יכולים להגיע בתהליכי ייצור שונים. התהליך הנקוב מתייחס לרכיבים הקטנים ביותר.

השורה התחתונה

אפשר לחקור את הדרישות של התוכנות והמשחקים בהם אתם משחקים ומשתמשים, אפשר להתחיל להשוות תדרים, כמות ליבות, IPC ועוד שלל של פרטים ומפרטים. ההצעה שלנו היא אכן לבדוק את המפרטים אך גם לבדוק מבחני ביצועים וכמה שיותר.

אם אתם גיימרים אז למזלכם לא חסרים מבחני ביצועים והשוואות, באתר שלנו, בערוצי היוטיוב, בפורומים ובעוד אינספור אתרים שמעלים מבחני ביצועים כאלו ואחרים במשך כל השנה.

עוד חשוב לציין כי מעבר לנתונים שציינו ישנם פרטמרים רבים נוספים כדוגמת רמות ה-Cache השונות, ה-TDP, הליבה הגראפית ונתונים טכניים נוספים על המעבדים. בכתבה הזו בחרנו להתמקד בכמה עיקריים עבור גיימרים.

אם אתם יוצרי תוכן, אנחנו ממליצים לכם להציץ באתר Puget Systems. הם עושים מגוון רחב של בדיקות מעמיקות ומקצועיות, בעיקר בתוכנות של Adobe. הם יודעים לנטר ולזהות את הצרכים של כל תוכנה ובהתאם להמליץ על חומרה מתאימה.

בשורה התחתונה, אי אפשר לקבוע שרק תדר חשוב או רק IPC חשוב או שרק מעבדי 5nm הם טובים. הכל תלוי בשימושים, ביישומים ובמשחקים.

מעוניינים במחשב חדש? מוזמנים להתייעץ בקבוצת הפייסבוק שלנו כאן