멀티 코어 프로세서에서 클럭 속도는 어떻게 계산합니까?

예를 들어, 각각 3GHz에서 실행되는 4 개의 코어를 가진 프로세서가 실제로 12GHz에서 실행되는 프로세서라고 말하는 것이 맞습니까?

나는 한때 맥이 1Ghz 머신으로 만 광고되고 있다고 주장하는 지인과 함께 "맥 대 PC"논쟁 (중간 학교에서 돌아 왔던이 주제의 초점은 아니다)에 들어갔다. 각각 500MHz로 실행되는 듀얼 프로세서 G4입니다.

당시 나는 이것이 대부분의 사람들에게 명백하다고 생각하는 이유 때문에 이것이 호그 워시라는 것을 알고 있었지만,이 웹 사이트에서 "6 코어 x 0.2GHz = 1.2Ghz"의 효과에 대한 의견을 보았고, 다시 한 번 생각하게되었다. 이에 대한 실제 답변이 있습니다.

따라서 이것은 클럭 속도 계산의 의미론에 대한 다소 철학적 / 심층적 인 기술적 질문입니다. 두 가지 가능성이 있습니다.

1. 각 코어는 실제로 초당 x 계산을 수행하므로 총 계산 수는 x (코어)입니다.
2. 클럭 속도는 프로세서가 1 초 동안 처리하는주기 수의 수입니다. 모든 코어가 동일한 속도로 실행되는 한 각 클럭주기의 속도는 코어 수에 관계없이 동일하게 유지됩니다 . 즉, Hz = (core1Hz + core2Hz + ...) / cores입니다.

쿼드 코어 3GHz 프로세서가 12GHz 단일 코어만큼 빠르지 않은 주된 이유는 해당 프로세서에서 실행되는 작업, 즉 단일 스레드 또는 다중 스레드와 관련이 있기 때문입니다. Amdahl의 법칙 은 실행중인 작업 유형을 고려할 때 중요합니다.

본질적으로 선형이고 (매우 간단한 프로그램)과 같이 단계별로 정확하게 수행 해야하는 작업이있는 경우

10: a = a + 1
20: goto 10

그런 다음 작업은 이전 단계의 결과에 크게 의존 'a'하며 각 사본이 'a'다른 시간에 값을 가져 와서 다르게 쓰기 때문에 값을 손상시키지 않으면 서 여러 사본을 실행할 수 없습니다 . 이렇게하면 작업이 단일 스레드로 제한되므로 작업은 주어진 시간에 단일 코어에서만 실행될 수 있습니다. 여러 코어에서 실행하는 경우 동기화 손상이 발생합니다. 이는 듀얼 코어 시스템의 CPU 전력의 1/2 또는 쿼드 코어 시스템의 1/4로 제한합니다.

이제 다음과 같은 작업을 수행하십시오.

10: a = a + 1
20: b = b + 1
30: c = c + 1
40: d = d + 1
50: goto 10

이 라인은 모두 독립적이며 제 실행 동시에, 어떤 동기화 문제없이 코어 중 하나의 전체 전력의 효과적인 사용을 할 각각의 수와 같은 4 개 별도의 프로그램으로 분할 될 수있다, 이것은 어디 암달의 법칙 그것에 들어온다.

따라서 무차별 대입 계산을 수행하는 단일 스레드 응용 프로그램이있는 경우 단일 12GHz 프로세서가 손을 떼면 작업이 별도의 부분으로 분할되고 멀티 스레드가 될 수 있다면 4 개의 코어가 근접 할 수는 있지만 암달의 법칙과 동일한 성능.

멀티 CPU 시스템이 제공하는 가장 중요한 것은 응답 성입니다. 열심히 일하는 단일 코어 시스템에서는 한 작업에서 대부분의 시간을 사용할 수 있고 다른 작업은 더 큰 작업 사이에서 짧은 버스트로만 실행되므로 시스템이 느리거나 불안정 해 보입니다. . 멀티 코어 시스템에서 무거운 작업은 하나의 코어를 가져오고 다른 모든 작업은 다른 코어에서 재생하여 작업을 빠르고 효율적으로 수행합니다.

"6 코어 x 0.2GHz = 1.2Ghz"의 주장은 작업이 완벽하게 평행하고 독립적 인 경우를 제외하고는 모든 상황에서 쓰레기입니다. 많은 병렬 작업이 있지만 여전히 일부 형태의 동기화가 필요합니다. 핸드 브레이크 는 사용 가능한 모든 CPU를 사용하는 데 능숙한 비디오 트랜스 코더이지만 다른 스레드에 데이터를 채우고 수행 한 데이터를 수집하려면 핵심 프로세스가 필요합니다.

1. 각 코어는 실제로 초당 x 계산을 수행하므로 총 계산 수는 x (코어)입니다.

각 코어는 워크로드가 적절한 병렬 처리를 가정 할 때 초당 x 계산을 수행 할 수 있으며 선형 프로그램에서는 1 코어 만 있으면됩니다.

2. 클럭 속도는 프로세서가 1 초 동안 처리하는주기 수의 수입니다. 모든 코어가 동일한 속도로 실행되는 한 각 클럭주기의 속도는 코어 수에 관계없이 동일하게 유지됩니다 . 즉, Hz = (core1Hz + core2Hz + ...) / cores입니다.

4 x 3GHz = 12GHz라고 생각하면 수학이 작동하지만 사과를 오렌지와 비교하고 합계가 맞지 않습니다 .GHz는 모든 상황에 대해 단순히 함께 추가 할 수는 없습니다. 4 x 3GHz = 4 x 3GHz로 변경하겠습니다.

다른 사람들은 기술적 관점에서 좋은 주장을했습니다. 대신 4 * 3GHz가 1 * 12GHz에 해당하지 않는 이유를 설명 할 몇 가지 간단한 유추를 작성하겠습니다.

예를 들어 한 명의 여성이 9 개월 안에 한 명의 아기를 제조 할 수 있습니다. 한 달에 아홉 명의 여성이 한 명의 아기를 생산할 수 있습니까? 아니요, 임신을 병렬화 할 수 없기 때문에 (적어도이 기술 수준에서는)

여기 또 하나 있습니다 : 최근에 방문한 수력 발전소에서 발전기 중 하나가 업그레이드되고있었습니다. 그들은 선박으로 발전기의 고정자를 운송해야했습니다. 고정자의 6 분의 1은 트럭으로 운송 될 수 있지만 전체 고정자를 운송해야했습니다. 그래서 그들은 6 대의 트럭이 아니라 1 대의 선박을 사용해야했습니다.

또 다른 경우는 이벤트의 정확한 타이밍 일 수 있습니다. 때때로 컴퓨터 프로세서는 정밀한 타이머로 사용됩니다 (대부분의 프로세서에서 가변 클록으로 인해 더 이상 권장되지는 않지만 대신 고정밀 이벤트 타이머를 사용해야합니다). 12GHz 클럭이 비교적 안정적인 프로세서가 있다고 가정하면 3GHz 클럭이있는 프로세서보다 훨씬 높은 해상도로 시간을 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 3GHz 코어 수에 관계없이 12GHz 코어의 해상도에 도달 할 수 없습니다. 즉, 각 세그먼트에 정확한 시간이 시간 단위로 표시되는 7 세그먼트 디스플레이가있는 4 개의 시계가 있습니다. 시간이 얼마나 정확하게 표시 되더라도 1 초 범위의 시간 간격을 측정하는 데 사용할 수 없습니다.

저는이 분야의 전문가는 아니지만 컴퓨터 공학 학위를 받았습니다. 에서는 이론 (이 고도로 개념적 해답), 쿼드 코어 3GHz의 각 프로세서는 수 , 예를 들어, 하나의 최종 결과에 필요한 계산의 4 개 개의 세트가, 하나 개의 경우 대략 3.0 프로세서의 등가. 이것이 바로 병렬 처리입니다.

논리를 단순화하기 위해 듀얼 코어 프로세서에 대해 이야기한다고 가정 해 봅시다. 일련의 계산이 이루어 졌다면 다음과 같이 말합니다.

a = b + 1;

c = d + 1;

그런 다음이 두 가지 계산을 별도의 코어에서 실행할 수 있으며 xGHz 프로세서는 단일 코어 2 * xGHz 프로세서와 같습니다. x 속도로 수행되지만 두 계산이 동시에 처리되기 때문입니다. 싱글 코어 프로세서는 2 * x 속도로 처리 할 수 ​​있지만, 차례로 처리 할 수 ​​있습니다. 두 CPU가이 코드를 동시에 실행하면 동시에 완료됩니다. 그러나 코드가 다음과 같은 경우

a = b + 1;

c = a + 1;

그 후, 듀얼-코어 프로세서는 단일-코어 프로세서보다 두 배의 시간을 소비하는데, 왜냐하면 두 번째 명령에서 a의 값은 첫 번째 명령에 의존 하므로 병렬로 실행될 수 없기 때문이다. 이것은 일부 소프트웨어가 멀티 스레드 프로세서를 활용할 수있는 방법입니다.

따라서 이론적으로 12GHz 단일 코어 프로세서는 항상 3GHz 쿼드 코어 프로세서보다 빠르거나 더 빠를 수 있지만 그 반대는 아닙니다.

이것은 대답하기 어려운 질문이지만 짧은 대답은 다음과 같습니다.

실제 애플리케이션에서 4 개의 3Ghz 프로세서는 비 효율성으로 인해 단일 12Ghz 프로세서만큼 빠르지 않습니다. 그것들은 매우 가까울 수 있지만 처리 능력 측면에서 단일 프로세서와 같지 않을 것입니다.

그 이유는 둘 이상의 프로세서에서 실행될 수있는 프로그램을 처리 할 때 작은 비 효율성에 있습니다. 문제의 프로그램이 병렬로 실행될 수 있다고 가정하면 RAM과 같은 다른 리소스 또는 캐시 및 스레드 동기화 문제에 대해 서로 경쟁하는 다른 코어의 문제가 계속 발생합니다. 또한 병렬화 할 수없고 단일 코어에서 자체적으로 실행해야하는 프로그램의 일부가 항상 있습니다.

이 기사를 살펴보십시오 : http://en.wikipedia.org/wiki/Amdahl%27s_law

3GHz에서 4 코어를 12GHz라고 말할 수는 없습니다.

공유 메모리, 캐시 경합 및 기타 리소스와 같은 다양한 제약 조건도 모든 코어에 공통이므로 이러한 코어에서 코드 조각을 병렬로 실행하는 것은 12Ghz 프로세서에서 실행하는 것만 큼 효율적이지 않습니다 (단, 그러한 프로세서를 구축하는 것은 어렵지만) ).

또한 칩에 내장 된 트랜지스터를 두 배로 늘리면 얻을 수있는 속도가 40 %에 불과하다는 것을 읽었습니다. 이것은 또한이 주제에 대한 중요한 힌트를 제공합니다.

클럭 사이클이 실행되는 한, 멀티 코어 프로세서는 x * cores초당 완전한 작업주기를 수행합니다. 일반적으로 클럭 속도는보다 쉬운 비교를 위해 코어별로 표시됩니다 (그렇지 않으면 2GHz / 코어에서 실행되는 4GHz 듀얼 코어 칩과 1GHz / 코어에서 실행되는 4GHz 쿼드 코어 칩을 어떻게 쉽게 비교할 수 있습니까?).

불행히도 실제 응용 프로그램에서 다른 프로세서를 비교하려고하면 문제가 복잡해집니다.

첫째, 대부분의 멀티 코어 프로세서에는 코어간에 일부 리소스가 공유됩니다 (예 : CPU 캐시). 이들은 해당 캐시에 대한 액세스를 공유해야하므로 데이터를 최대 속도로 저장하거나 읽는 코어를 둘 다 가질 수 없습니다. 공유 리소스에서 병목 현상의 가능성을 더 잘 나누기 위해 여러 개의 공유 캐시 (예 : 대부분의 쿼드 코어 칩에는 각각 한 쌍의 코어가 공유하는 2 개의 캐시가 있음)를 사용하여 많은 코어 CPU에서이 문제를 완화 할 수 있습니다.

둘째, 아마도 비 기술 분야에서는 덜 알려져 있습니다. 클럭 속도를 비교하는 것은 때때로 사과와 오렌지를 비교하는 것과 같습니다. 다른 CPU는 단일 클록 사이클에서 다른 양의 작업을 수행하므로 1GHz 대 1.2GHz의 사운드는 훌륭하지만 1GHz 칩은 실제로 주어진 시간 간격으로 더 많은 작업을 수행 할 수 있습니다. 펜티엄 4는이 지점을 집으로 몰아와 메가 헤르츠 신화로 이끈다 .

시간당 50 마일 씩가는 두 대의 자동차는 시간당 100 마일로 "추가"되지 않습니다. 정말 간단합니다. 프로세서의 클럭 속도 는 작업 수행 속도를 측정하는 것이 아니라 클럭이 얼마나 빨리 틱되는지를 측정 한 것입니다.