Чому нові покоління процесорів швидше на одній і тій же швидкості?

Можливо, вам буде цікаво, як нові покоління процесорів можуть швидше працювати з такими ж тактовими частотами, що і старші процесори. Чи це просто зміни у фізичній архітектурі або це щось більше? Сьогоднішня посада SuperUser Q&A має відповіді на запитання цікавого читача.

Сьогоднішня сесія запитань та відповідей приходить до нас люб'язно SuperUser - підрозділ Stack Exchange, групування веб-сайтів із запитаннями та відповідями на рівні спільноти..

Фото надано Родріго Сенною (Flickr).

Питання

Читач від SuperUser agz хоче знати, чому нові покоління процесорів швидше при однаковій тактовій частоті:

Чому, наприклад, двоядерний процесор Core i5 розміром 2,66 ГГц буде швидшим, ніж 2,6 ГГц Core 2 Duo, який також є двоядерним?

Чи є це через нові інструкції, які можуть обробляти інформацію в меншій кількості тактових циклів? Які інші архітектурні зміни задіяні?

Чому нові покоління процесорів швидше при однаковій тактовій частоті?

Відповідь

Співробітники SuperUser Девід Шварц і Breakthrough мають відповідь для нас. Спочатку, Девід Шварц:

Зазвичай це не через нові інструкції. Це лише тому, що процесор вимагає меншої кількості циклів команд для виконання тих самих інструкцій. Це може бути з багатьох причин:

1. Великі кеші означають менше часу, витраченого в очікуванні пам'яті.
2. Більше виконання блоків означає менше часу очікування для початку роботи над інструкцією.
3. Краще передбачення гілок означає, що менше часу витрачається на спекулятивні виконання інструкцій, які ніколи не повинні виконуватися.
4. Покращення одиниць виконання означає менше часу в очікуванні завершення інструкцій.
5. Коротші трубопроводи означають, що трубопроводи швидше засипаються.

І так далі.

Далі йде відповідь від Прориву:

Абсолютними остаточними посиланнями є посібники розробників програмного забезпечення Intel 64 і IA-32. Вони деталізують зміни між архітектурами, і вони є великим ресурсом для розуміння архітектури x86.

Я рекомендую вам завантажити об'єднані томи з 1 по 3C (перше посилання для скачування на сторінці, пов'язану вище). Том 1, глава 2.2 містить потрібну інформацію.

Деякі загальні відмінності, перелічені в цьому розділі, переходять від ядра до мікроархітектур Nehalem / Sandy Bridge:

• Поліпшення прогнозування гілок, швидше відновлення після неправильного прогнозування
• Технологія HyperThreading
• Інтегрований контролер пам'яті, нова ієрархія кеша
• Швидше обробка виключень із плаваючою точкою (лише Sandy Bridge)
• Поліпшення пропускної спроможності LEA (тільки Sandy Bridge)
• Розширення інструкцій AVX (лише для Sandy Bridge)

Повний список можна знайти у наведеному вище посиланні (том 1, глава 2.2).

Переконайтеся, що прочитали більше цієї цікавої дискусії за посиланням нижче!

Маєте щось додати до пояснення? Звучить в коментарях. Хочете прочитати більше відповідей від інших технологічних користувачів Stack Exchange? Перегляньте повний потік обговорення тут.