Частота процесора та правильне її розуміння. Тактова частота процесора – одна з найважливіших складових комп'ютера. Розкриваємо секрети Сучасні та ядра

Як відомо, тактова частота процесора - це кількість виконуваних операцій таким за одиницю часу, в даному випадку, за секунду.

Але цього визначення недостатньо для того, щоб повністю зрозуміти, що насправді означає дане поняття і яке значення воно має для нас, рядових користувачів.

В інтернеті можна знайти безліч статей із цього приводу, але у всіх із них чогось не вистачає.

Найчастіше це «щось» є тим ключиком, який може відкрити двері до розуміння.

Тому ми постаралися зібрати всі основні відомості, ніби це пазли, і скласти їх єдину цілісну картину.

Зміст:

Детальне визначення

Отже, тактова частота це кількість операцій, які процесор може виконувати за секунду. Вимірюється ця величина у Герцах.

Ця одиниця виміру названа на честь відомого вченого, який проводив експерименти, спрямовані на вивчення періодичних, тобто процесів, що повторюються.

А до чого Герц до операцій за секунду?

Таке питання виникає під час читання більшості статей у людей, які не дуже добре вивчали фізику в школі (можливо, не з власної вини).

Справа в тому, що ця одиниця якраз і позначає частоту, тобто кількість повторень, цих періодичних процесів за секунду.

Вона дозволяє вимірювати як кількість операцій, а й інші різні показники. Наприклад, якщо ви робите 3 входи за секунду, значить, частота дихання становить 3 Герца.

Що ж стосується процесорів, то тут можуть виконуватися різні операції, які зводяться до обчислення тих чи інших параметрів.

Власне, кількість обчислень цих параметрів за секунду і називається .

Як просто!

На практиці поняття «Герц» використовується вкрай рідко, частіше ми чуємо про мегагерці, кілогерці і так далі. У таблиці 1 наведено «розшифрування» цих величин.

Таблиця 1. Позначення

Перше і останнє нині використовується дуже рідко.

Тобто, якщо ви чуєте, що в ньому 4 ГГц, то він може виконувати 4 мільярди операцій кожну секунду.

Аж ніяк! Сьогодні це середній показник. Напевно, дуже скоро ми почуємо про моделі з частотою в тераГерц або навіть більше.

Як утворюється

Отже, у ньому є такі пристрої:

• тактовий резонатор- являє собою звичайний кристал кварцу, укладений у спеціальний захисний контейнер;
• тактовий генератор- пристрій, який перетворює один вид коливань на інші;
• металева кришка;
• шина даних;
• текстолітова підкладка, до якої кріпляться всі інші пристрої.

Так ось, кристал кварцу, тобто тактовий резонатор, утворюють коливання внаслідок подачі напруги. В результаті утворюються коливання електричного струму.

До підкладки кріпиться тактовий генератор, який перетворює електричні коливання імпульси.

Вони передаються на шини даних, таким чином результат обчислень потрапляє до користувача.

Саме таким шляхом і виходить тактова частота.

Цікаво, що щодо даного поняття існує безліч помилок, зокрема, щодо зв'язку ядер і частоти. Тому про це також варто поговорити.

Як частота пов'язана з ядрами

Ядро – це, власне, і є процесор. Під мається на увазі той кристал, який і змушує весь пристрій виконувати певні операції.

Тобто якщо в тій чи іншій моделі два ядра, це означає, що в ньому два кристали, які з'єднуються між собою за допомогою спеціальної шини.

Згідно з поширеною помилкою, чим більше ядер, тим більша частота. Адже не дарма зараз розробники намагаються вмістити дедалі більше ядер у них. Але це не так. Якщо вона дорівнює 1 ГГц, навіть якщо в ньому 10 ядер, вона так і залишиться 1 ГГц і не стане 10 ГГц.

Справа в тому, що кожне ядро ​​виконує певну функцію і бере на себе частину загального навантаження на процесор.

Буває, що через велику кількість ядер пристрій працюватиме ще повільніше, оскільки шина, яка їх з'єднує, не витримає навантаження через погану якість. Хоча таке буває дуже рідко.

Це можна проілюструвати простому прикладі. Якщо по дорозі йде 4 особи зі швидкістю 4 км/год, це не означає, що всі разом вони йдуть зі швидкістю 16 км/год (4*4).

Усі вони рухаються на швидкості 4 км/год.

Якщо у вас залишилися питання, ставте їх у коментарях. Ми із задоволенням відповімо!

Історично склалося, що тактова частота процесора є головним показником швидкодії комп'ютера, і свого часу навіть неосвічена людина, яка не знає, чим оптичний диск відрізняється від гнучкого, могла з упевненістю заявити, що чим більше гігагерц у машині, тим краще, і ніхто б з ним не посперечався. Сьогодні, в середині комп'ютерної ери, такого роду мода пройшла, і розробники намагаються піти у бік створення більш досконалої архітектури, збільшення кількості кеш-пам'яті та кількості процесорних ядер, але тактова частота є "королевою" характеристикою. У загальному сенсі, це кількість елементарних операцій (тактів), яке процесор може зробити за секунду часу.

Звідси випливає те що чим вище тактова частота процесора, тим більше елементарних операцій здатний виконати комп'ютер, і, отже, тим швидше він працює.

Тактова частота передових процесорів коливається від двох до чотирьох гігагерц. Вона визначається множенням частоти шини процесора певний коефіцієнт. Наприклад, Core i7 використовує множник х20 і має частоту шини, що дорівнює 133 МГц, у результаті тактова частота процесора становитиме 2660 МГц.

Сучасні та ядра

Незважаючи на те, що раніше багатоядерність була в новинку, на сьогоднішній день на ринку практично не залишилося одноядерних процесорів. І нічого дивного в цьому немає, адже комп'ютерна індустрія не стоїть дома.

Тому слід ясно уявляти, як розраховується тактова частота для процесорів, що мають два і більше ядра.

Варто сказати, що є поширена помилка щодо обчислення частоти для таких процесорів. Наприклад: "Є двоядерний процесор з тактовою частотою 1.8 ГГц, отже, його сумарна частота становитиме 2 х 1.8ГГц=3.6ГГц, правильно?". Ні не правильно. На жаль, кількість ядер ніяк не впливає на кінцеву тактову частоту, якщо ваш процесор працював зі швидкістю в 3 ГГц, так він працюватиме і буде, але при більшій кількості ядер збільшаться його ресурси, а це, у свою чергу, дуже підвищить працездатність.

Не слід забувати, що з сучасного процесора особливо важливий обсяг кеш-пам'яті. Це найшвидша пам'ять ЕОМ, у якій дублюється робоча інформація, на яку необхідний швидший доступ у час.

Так як цей дуже дорогий і трудомісткий у виробництві, його значення порівняно малі, але цих показників достатньо для того, щоб збільшити продуктивність усієї системи без зміни таких параметрів як тактова частота.

Максимальна тактова частота процесора та розгін

Наскільки б ваш комп'ютер був хороший, коли-небудь він все ж таки застаріє. Але не поспішайте нести його на смітник і з розкритим гаманцем бігти в найближчий магазин електроніки. Більшість сучасних процесорів та відеокарт передбачає додатковий (крім заводського) розгін, і маючи хорошу систему охолодження, ви зможете підняти рівень номінальної частоти на 200-300 ГГц. Для екстремалів і любителів великих цифр також існує "оверклокінг", що закликає вичавити з техніки максимум. Багато людей, які займаються такою небезпечною справою, можуть легко розігнати одноядерний процесор до 6-7 ГГц, а деякі навіть ставлять рекордні показники в 8.2 ГГц.

На ринку смартфонів вибухнула справжня гонка між виробниками. У 2018 році реалії такі, що продаж мобільних пристроїв значно випереджають лептопи. У зв'язку із цим було б логічним розібрати найкращі процесори для смартфонів.

Але для початку давайте уточнимо, адже говорити «процесор» у випадку зі смартфонами не зовсім правильно. Телефони та планшети в даний час засновані на системі SoC (System-on-a-Chip – Система на Чіпі). Вона є кристалом, до складу якого входять різні модулі: обчислювальний блок, графічне ядро, компоненти зв'язку (Wi-Fi, Bluetooth тощо), оперативна пам'ять та багато іншого.

Піти та купити новий процесор для свого смартфона не вийде хоча б тому, що їх немає у продажу. Також варто враховувати, що один і той же SoC може по-різному працювати на різних смартфонах, тому ми ґрунтувалися на результатах тестів популярних західних джерел та бенчмарк-тестах та підготували топ-10 найкращих за продуктивністю процесорів на кінець 2018 року.

Топ-10 найкращих процесорів для смартфонів

Зверніть увагу! Всі ціни вказані на моделі смартфонів, що комплектуються наведеними нижче процесорами.

10 Helio X30

Десятиядерний процесор
Країна: Китай
Середня ціна: 17240 руб.
Рейтинг (2019): 4.3

Перша десятиядерна мобільна система стала однією з найпотужніших у 2017 році. Х30 займає 10 місце за продуктивністю серед найкращих процесорів на 2018 рік. Цьому сприяв новий техпроцес величиною 10 нанометрів. Порівняно з попереднім поколінням, «камінь» став продуктивнішим на 35% і енергоефективнішим на 50%. На платі є три кластери. Перший має два ядра Cortex-A73 із частотою до 2,5 ГГц. Другий складається з чотирьох ядер Cortex-A53 з частотою до 2,2 ГГц, а наймолодший має в своєму розпорядженні чотири ядри Cortex-A35 з показником 1,9 ГГц. Як GPU є PowerVR 7XTP-MP4 з частотою 800 МГц. Рішення здатне декодувати 10-розрядне відео формату 4K2K за допомогою HDR10.

Своєрідною новинкою стало впровадження нової технології керування ядрами процесора під назвою CorePilot 4.0. Вона здатна заощаджувати до 25% більше енергії, ніж версія 3.0. Інтелектуальна система планування завдань разом із системою моніторингу UX Monitoring та управлінням живленням SystemPowerAllocator (SPA), допомагає архітектурі чудово показувати себе в ресурсозатратних задачах.

9 Snapdragon 710

Бюджетний процесор від Qualcomm
Країна: Китай
Середня ціна: 27 766 руб.
Рейтинг (2019): 4.4

710 модель є проміжною ланкою між топовою 800 серією та більш бюджетними моделями. Вона поєднує у собі флагманські можливості в області зйомки фотографії, відеороликів та надає в користування непоганий штучний інтелект за найоптимальнішою ціною. Крім того, підвищилася автономність за рахунок покращеної технології виробництва.

Цей камінь є спадкоємцем кращогосередньобюджетного мобільного процесора Snapdragon 660, випущеного у 2016 році. Система має на чіпі вісім ядер Kryo 360, що базуються на архітектурі від ARM. Чотири ядра з індексом A-75 працюють на частоті 2,2 ГГц, ще чотири – A-55 видають частоту 1,7 ГГц. Фактично тут стоять ядра від Snapdragon 845, але мають занижені частоти відповідно до своєї категорії. За виведення графіки відповідає Adreno 616, а допомагає йому процесор обробки зображень Spectra 250, що підтримує подвійні 20-мегапіксельні камери.

8 Kirin 970

Технологічний прорив від Huawei
Країна: Китай
Середня ціна: 27 990 руб.
Рейтинг (2019): 4.4

Однокристальна система Kirin 970 стала справжнім одкровенням від Huawei. Окремий нейроморфний процесор зі своєю однокристальной системою створено вирішення найвищих завдань у нейронних мережах, для машинного зору і систем розпізнавання образів. Блок NPU процесора забезпечує приріст продуктивності у 25 разів у порівнянні з однотипними системами та у 50 разів покращує енергоефективність. Таким чином, збільшується швидкодія та знижується тепловиділення. Крім того, Huawei дали доступ до внутрішньої начинки блоку NPU, що дозволить розробникам сторонніх програм оптимізувати свою продукцію під дане залізо.

Додатково слід виділити наявність здвоєного сигнального процесора, що дозволяє здійснювати захоплення рухів та виявляти особи. До цих функцій прикручений чотирирівневий гібридний автофокус, покращена зйомка об'єктів, що рухаються, при недостатньому освітленні.

7 SNAPDRAGON 835

Народний улюбленець
Країна: Китай
Середня ціна: 30790 руб.
Рейтинг (2019): 4.6

Цей процесор встановлюється на відомі мобільні смартфони Samsung Galaxy S8 і One Plus 5. Ось тільки на відміну від Exynos, цю модель можна легко знайти на великій кількості інших Андроїд-смартфонів, значна частина яких доступніша за корейця.

У плані продуктивності тут є 8 ядер (4 ядра, що працюють на частоті 2,45 ГГц, і 4 ядра – 1,9 ГГц) та непоганий графічний прискорювач – Adreno 540. Продуктивність у синтетичних тестах можна порівняти з Exynos, різниця становить близько 7%, однак, при повсякденному використанні ви навряд чи помітите цю різницю.

Переваги:

• Відмінна продуктивність
• Широка поширеність у продажу
• Низька вартість

6 Exynos 8895

Потужність за прийнятною ціною
Країна: В'єтнам
Середня ціна: 35489 руб.
Рейтинг (2019): 4.6

Основа для флагманських смартфонів, технологічне ноу-хау від Samsung – так можна охарактеризувати цей процесор. Його така частота може досягати 3 ГГц, а сама модель стане першою в модельному ряді Samsung, виконаною по 10 нанометровому техпроцесу. За працездатність відповідатимуть 8 ядер, які ефективно працюють як одноядерному, так і багатоядерному режимі.

Енергоспоживання дуже низьке і становить всього 5 Вт. Також у нього є можливість запису 4К відео при 120 кадрах в секунду, що вчетверо вище, ніж у конкурента – Snapdragon 835 обмежений до 4K відео при 30 кадрах в секунду. Один з мінусів – обмеження у продуктивності через підтримку DirectX 11. Незважаючи на це, камінь підтримує Vulkan 1.0. Передача даних також обмежена дводіапазонним Wi-Fi 802.11. Таким чином, смартфони на даному мобільному процесорі стануть чудовим варіантом для любителів запису відео.

5 Snapdragon 845

Потужний та найпоширеніший процесор
Країна: Китай
Середня ціна: 21490 руб.
Рейтинг (2019): 4.7

Цей процесор використовує універсальні обчислювальні ядра власного виробництва, а чи не референсного від ARM. Новий техпроцес з індексом 10 нм LPP FinFET , дозволяє отримати більший приріст продуктивності на відміну від 10 нм LPE FinFET. Найкраще поєднання масовості виробництва, продуктивності та собівартості зробили процесор найпопулярнішим серед виробників.

У спадок від 835 моделі він отримав ту саму восьмиядерну архітектуру. Конфігурація тут складається з 4 енергоефективних ядер із частотою до 1,8 ГГц для виконання нескладних завдань та 4 високопродуктивних потужних ядер із частотою до 2,8 ГГц, що вище, ніж у попереднього покоління. У синтетичному тесті Antutu він набрав 270 461 бал, що вище, ніж у 835. Мобільний відеоприскорювач Adreno 630 – один із найпотужніших на ринку та чудово показує себе при роботі з графікою, надаючи якісне зображення користувачеві смартфона.

4 Kirin 980

7 нм техпроцес
Країна: Китай
Середня ціна: 76990 руб.
Рейтинг (2019): 4.7

Kirin 980 випереджає свій час завдяки кращим технічним нововведенням, серед яких:

• Інноваційний підхід до створення базової архітектури процесора та найновіший мобільний чіпсет з 7 нанометровим техпроцесом;
• використання в архітектурі ядра Cortex-A76;
• Два нейромережевих модулі в чіпі;
• Графіка Mali-G76;
• Вбудований модем Cat.21 зі швидкістю передачі до 1,4 Гбіт/с;
• Підтримка оперативної пам'яті формату LPDDR4X із частотою 2133 МГц.

Завдяки переходу на 7-пнм техпроцес продуктивність зросла на 20%, а енергозбереження на 40%. У цьому щільність розміщення транзисторів зросла 1,6 разу. Усього їх близько 7 млрд. Це позитивно позначилося на продуктивності на ядро, що збільшило продуктивність на 75%. Таким чином, потужності компонента вистачить, щоб обставити навіть один з найкращих і найпотужніших процесорів на сьогоднішній день – Qualcomm Snapdragon 845 у синтетичних тестах на кшталт GeekBench.

3 Exynos 9810

Найкращий процесор від Samsung
Країна: В'єтнам
Середня ціна: 51490 руб.
Рейтинг (2019): 4.8

Новий процесор від Samsung виводить ступінь взаємодії власника та його пристрою на новий рівень. Передові технології дозволяють ідентифікувати об'єкти або людей для швидкого пошуку або класифікації зображень. Також тут є можливість сканування контурів обличчя для розблокування смартфона. Що стосується структури, то сам процесор відноситься до 3-го і найостаннішого покоління в лінійці. Він характеризується широкими можливостями в обробці даних та оптимізованою кеш-пам'яттю. Вісім ядер діляться на «користувацькі» для звичайних завдань та «ресурсоємні» для «важких» процесів.

Таким чином, процесор показує відмінні результати у всіх тестах, демонструючи чудові обчислювальні можливості та безпроблемне функціонування під час запуску багатьох процесів з мінімумом енергоспоживання. Крім того, канали передачі даних ( 1,2 Гбіт/с та 200 Мбіт/с відповідно) забезпечують комфортну передачу даних будь-якого формату без втрати якості.

2 A11 Bionic

Один із найпотужніших чіпсетів у світі
Країна: США
Середня ціна: 51990 руб.
Рейтинг (2019): 4.9

Процесор п'ятого покоління став на 25% потужнішим за версію А10. Він виготовляється з використанням 10 нм техпроцесу, що дозволило разом зі спеціальною технологією збільшити енергоефективність на 70%. Підвищення продуктивності можна віднести до ядра процесора під назвою Монсун і Містрал. Цей чіпсет має два додаткові ядра і здатний виготовляти асиметричну багатопроцесорну обробку. Це означає, що він може одночасно використовувати усі шість ядер.

Процесор оснащений новим ASP, що допомагає у новому режимі портрета. Двопаралельні ядра можуть обробляти до 600 мільярдів операцій на секунду і створювати ефекти навіть на відео. Чудові анімоджі стали доступні завдяки потужному нейронному двигуні. Незважаючи на відмінну продуктивність, цей процесор можна зустріти лише у смартфонах від Apple, що є суттєвим мінусом.

1 A12 Bionic

Найкращий процесор від Apple
Країна: США
Середня ціна: 91 900 руб.
Рейтинг (2019): 5.0

Версія А12 вважається найкращим і найпотужнішим процесором у світі. При його огляді одразу впадає збалансоване використання площі літографічної пластини без дисбалансу до того чи іншого компонента. Два великих продуктивних ядра працюють на частоті трохи нижче 2.5 ГГц. Поруч розташовується жахливо великий кеш на 8 Мб, розділений на 4 кластери, згруповані на два блоки. Найпомітнішою зміною стало збільшення кешу 1 рівня зі схеми 64+64 до 128+128. 4 енергоефективні ядра tempest також мають кеш 2 рівня у двох блоках, орієнтовно за мегабайтом. Системний кеш залишився на своєму місці і, як і раніше, винесений за межі ЦПУ. Високопродуктивні ядра у новій ітерації стали потужнішими на 15%, а енергоефективність збільшилася до 50%.

Процесор має графічний прискорювач із блоком нейронної обробки. Він складається з 6 ядер у конфігурації 2+4 і виконує до 5 трильйонів операцій на секунду, що у 9 разів вище, ніж у попереднього покоління. Даний "камінь" можна зустріти в останніх моделях смартфонів IPhoneXS/XR, крім того, варіант чіпа з індексом 12Х використовується в IPad PRO.

За часів, коли мобільні телефони були товсті та чорно-білі, процесори – одноядерні, а гігагерц здавався непереборною планкою (років 20 тому), єдиною характеристикою порівняння потужностей ЦП була тактова частота. Десятиліття через другий важливою характеристикою стала кількість ядер. У наш час смартфон, товщиною менше сантиметра, містить ядер більше, та й тактову частоту має вищу, ніж простий ПК тих років. Спробуймо розібратися, на що впливає тактова частота процесора.

Частота процесора впливає на швидкість, з якою транзистори процесора (і їх усередині чіпа сотні мільйонів) виробляють перемикання. Вимірюється вона у кількості перемикань за секунду і виражається в мільйонах або мільярдах герц (мегагерц чи гігагерц). Один герц – це одне перемикання транзисторів процесора за секунду, отже, один гігагерц – один мільярд таких перемикань за той самий час. За одне перемикання, якщо говорити спрощено, ядро ​​робить одну математичну операцію.

За звичайною логікою можна дійти висновку, що чим більша частота – тим швидше перемикаються транзистори в ядрах, тим швидше вирішуються завдання. Саме тому в минулому, коли основна маса процесорів була по суті вдосконаленою Intel x86, архітектурні відмінності були мінімальні, і було ясно, що чим більша частота тактів – тим швидше йдуть обчислення. Але згодом усе змінилося.

Чи можна порівнювати частоти різних процесорів

У 21 столітті розробники навчили свої процесори обробляти за такт не одну інструкцію, а більше. Тому процесори з однаковою частотою тактів, але засновані різних архітектурах, видають різний рівень швидкодії. Intel Core i5 2 ГГц та Qualcomm Snapdragon 625 2 ГГц – це різні речі. Хоч у другого ядер більше, але у важких завданнях він буде слабшим. Тому саму частоту різних типів ядер порівнювати не можна, важливо враховувати ще й питому продуктивність (кількість виконань інструкцій за такт).

Якщо проводити аналогію з машинами, то тактова частота – це швидкість км/год, а питома продуктивність – вантажопідйомність кг. Якщо поруч будуть їхати легковик (процесор ARM для смартфона) і самоскид (чіп x86 для ПК) – то при рівній швидкості легковик за раз перевезе пару сотень кіло, а вантажівка – кілька тонн. Якщо ж говорити про різні типи ядер саме для смартфонів (Cortex A53, Cortex A72, Qualcomm Kryo) – це все легковики, але з різною місткістю. Відповідно, тут різниця вже буде не така величезна, але теж значна.

Порівнювати можна лише тактові частоти ядер на однаковій архітектурі. Наприклад, MediaTek MT6750 та Qualcomm Sanapdragon 625 містять по 8 ядер Cortex A53. Але у МТК їхня частота – до 1,5 ГГц, а у Куалкомм – 2 ГГц. Отже, другий процесор працюватиме приблизно на 33% швидше. А ось Qualcomm Snapdragon 652 хоч і має частоту до 1,8 ГГц, але працює швидше за модель 625, тому що в ньому використовуються потужніші ядра Cortex A72.

Що дає висока частота процесора у смартфоні

Як ми вже з'ясували, що вище тактова частота – то швидше працює процесор. Отже, і продуктивність смартфона з більш високочастотним чіпсетом буде вищою. Якщо один процесор смартфона містить 4 ядра Kryo на 2 ГГц, а другий - 4 такі ж ядра Kryo на 3 ГГц, то другий буде приблизно в 1,5 рази швидше. Це прискорить запуск програм, скоротить час включення, дозволить швидше обробляти важкі сайти в браузері і т.д.

Однак, вибираючи смартфон з високими частотами процесора, слід також пам'ятати, що чим вони вищі – тим більше споживання енергії. Тому якщо виробник накрутив побільше гігагерц, але не оптимізував пристрій належним чином – він може перегріватися та входити до «тротлінгу» (примусового скидання частот). Таким недоліком свого часу страждав, наприклад, Qualcomm Snapdragon 810.

Також вам сподобаються:

Все, що потрібно знати про архітектуру big.LITTLE і як вона працює у смартфонах
Що таке архітектура процесора, яка буває і використовується у смартфонах