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奔騰4處理器(奔騰4相當于核心)
(資料圖片)
2021年應該沒人問我為什么買了個四核i3-10100，但是我在任務管理器里能看到八幀的問題。隨著牙膏廠在原來的Core I系列中重新加入超線程技術，超線程已經在消費級市場上不自覺的存在了十幾年，并且已經成為一個普遍的特征。眾所周知，八幀比四幀性能高(FX系列除外)。(首先牙膏廠的HT(超線程)其實應該叫 *** T(同步多線程)。至少AMD也是這么叫的，但是大家都習慣了HT，包括我。)
超線程技術在2002年被牙膏廠植入奔騰4 HT。據我所知，這是之一款面向消費級桌面平臺的超線程處理器。但由于當時的超線程技術還不成熟，缺乏軟件和操作系統優化支持，這款奔騰4的超線程大多是負面的，于是英特爾將這一技術隱藏起來，直到2008年全新的酷睿I系列推出，超線程技術才重返消費市場，并一直沿用至今。今天，從i3到i5，第10代和第11代酷睿都支持超線程。2017年奔騰G4560的推出也標志著奔騰系列正式支持超線程。今天好像只有賽揚還不支持超線程(笑)。隔壁AMD之一代銳龍翻身后開始支持超線程，ZEN3實現全線超線程支持。
超線程最明顯的特點就是可以讓任務管理器看到兩倍核數的幀(當然IBM甚至可以把一個核當八個核用，這里就不提了)。比如四核的i3-10100在任務管理器里可以看到八核。或者系統軟件會認為i3-10100處理器是八核，會按照最多八核的“事實”來調度應用的運行。
超線程技術的基本原理
這里不得不提兩個概念:進程和線程。我就不帶大家回顧操作系統了，不然從一張圖看不清楚。簡單來說，你可以把進程看成一個正在運行的程序，線程是這個程序執行的最小單位。一個程序有很多函數，所以這些函數可以被多線程執行，所以一個進程可以包含一個或多個線程。
講一個常見的例子:高速公路收費站，車道+收費站+收費站工作人員。一輛車(指令隊列)排隊進入收費站(前端發送單元)。收費站需要核對車信息并收費(指令解碼)，指定車去哪個車道(執行單元:ALU運算器、FPU運算器、Cache……)
CPU最小的執行粒度是線程。一般來說，一個物理內核一次只能執行一個線程。也就是說，這條高速公路只能同時對一輛車進行檢查和收費，一次指定一條車道。第二輛車進來，要等之一輛車跑出這個車道，才放行第二輛車。這時我們可以注意到，一輛車只會占用一條車道，而其他車道都是空，這意味著車道資源被極大浪費。
這時，領導拍了拍大腿:現在只有一個收費站，那我們就在旁邊再建一個吧！于是收費站變成了兩個。當之一個收費站放行車輛1到車道1時，第二個收費站發現車輛2需要進入車道3，這樣車輛1和車輛2可以同時在車道內行駛，互不干擾。而這大致就是超線程技術的實現方法。
好了，你已經了解了超線程技術的基本原理。現在讓我們設計一個SIMD五級流水線RISC處理器！
通過超線程技術，處理器可以利用其他指令的空閑執行單元，將它們扔給其他指令，從而充分利用一個物理核的所有部分。CPU在執行一個線程時原本不用的單元是空閑的，通過超線程技術可以盡可能的榨干CPU的每一寸晶體管。Intel曾經說過，超線程技術只需要增加5%左右的核心面積，就可以提升20%左右的多線程性能。根據操作系統的調度和應用程序的優化，這種性能的提升幅度并不都是一樣的，但是像早些年奔騰4HT那樣的超線程的負面提升再也不會發生了。而且隨著超線程技術和應用多線程優化水平的進步，無論是在游戲還是生產力上，超線程都有了明顯的提升。
企業5600X
以農奇5600X為例。這是一個6核12線程處理器。我們分別在BIOS中關閉和開啟 *** T模式，運行chess運行和cpu-z運行。結果如下:
關閉超線程
打開超線程。
可以看出超線程帶來的性能提升在30%左右，這已經可以看作是額外的空兩個物理核(10600K VS 9700K)
牙膏廠10100F
至于牙膏廠，我試用了10100F的cpu-z。
多線程推廣好像比AMD少一點
當然，如果把一個核“虛擬”成兩個核，對多核的調度水平會有更高的要求。同一個物理核中的兩個虛擬核和兩個不同的物理核之間存在巨大的性能差距。上面的跑分已經證明了多線程會帶來30%左右的提升，并不是一個核就能完全當兩個核用。下面是通過任務管理器限制程序處理器在一個核的兩個線程兩個核上運行得到的運行分數。可以看出，限制在同一個物理核的情況下，性能只有真正雙核運行的70%。
通過限制程序在3C6T和6C6T上運行時，也會得到類似的數據。牙膏廠U和農企U我都試過，在任務管理器中，同一個物理核的兩個邏輯線程是相鄰的。例如，CPU0和CPU1是之一個物理核的兩個邏輯線程，CPU2和CPU3是第二個物理核的兩個邏輯線程，以此類推。我的結論可以通過在任務管理器細節的進程右鍵菜單中設置相關性，限制進程和測試的核心分配來重現。
當然，以上測試只是一時興起，沒有嚴格控制變量。后臺還有一個 *** ，任務管理器的圖表顯示也會占用一部分處理器資源，大家玩得開心就好。
簡單回答一些可能的問題。
Q1:為什么這么棒的技術沒有完全普及？
A1:超線程技術相對更適合一些流水線長而復雜，執行單元多的架構，用于提高晶體管利用率。即使在一些更簡單的架構中加入超線程技術，也是沒有用的。不如存空多做一個核心。
Q2:為什么手機處理器沒有超線程技術？
A2:其實手機處理器有Atom Z2580 2C4T處理器(不過反應好像一般)，之前和它有關聯。順帶一提，ARM也有cortex-A65AE，支持超線程，但不是手機用的。我懷疑是因為八核比四核八線程好聽，所以沒做。另外，相比超線程，為了閑置續航和功耗，移動端用大。小核解決多任務并行，多余的任務直接扔到后臺讓小核運行，比一個大核兩個超線程省電。
問題3:超線程會損失單核性能嗎？
A3:理論上，會的。物理核的一個線程運行時，如果另一個線程需要執行新的任務，一旦發生資源占用沖突，必然會影響速度。這種現象在高負荷下尤為明顯。我試過5600X單核棋4300分，單核雙線棋6000分，相當于單線程降低到3000分的性能。當然，以上只是極端情況。對比我之前的CPU-Z測試截圖，低負載下超線程的開啟和關閉對單核性能的影響有限。5600X完全可以算是測試誤差，10100F影響更大，大概在5%左右。
關鍵詞： 處理器
責任編輯：Rex_19
