マルチコアプロセッサのクロック速度を計算するにはどうすればよいですか？

たとえば、それぞれが3GHzで実行されている4つのコアを持つプロセッサが、実際には12GHzで実行されているプロセッサであると言うのは正しいでしょうか？

私はかつて「Mac vs.PC」という議論（このトピックの焦点では​​ありません...それは中学校に戻っていました）に出会いました。知人はMacが1Ghzマシンとしてのみ宣伝されていると主張しましたそれぞれが500MHzで動作するデュアルプロセッサG4でした。

当時、私はこれがほとんどの人に明らかであると思われる理由でホグウォッシュであることを知っていましたが、このウェブサイトで「6コアx 0.2GHz = 1.2Ghz」の効果についてのコメントを見ました。これには本当の答えがあります。

したがって、これは、クロック速度の計算のセマンティクスに関する、多少なりとも哲学的/深い技術的な質問です。次の2つの可能性があります。

1. 実際、各コアは1秒あたりx回の計算を行っているため、計算の合計数はx（cores）です。
2. クロック速度は、プロセッサーが1秒間に通過するサイクル数のカウントであり、すべてのコアが同じ速度で実行されている限り、各クロックサイクルの速度はコアの数に関係なく同じままです。 。つまり、Hz =（core1Hz + core2Hz + ...）/ coresです。

クアッドコア3 GHzプロセッサが12 GHzシングルコアほど高速にならない主な理由は、そのプロセッサで実行されているタスクの動作方法、つまりシングルスレッドまたはマルチスレッドに関係しています。 アムダールの法則は、実行しているタスクの種類を考慮するときに重要です。

本質的に線形であり、（非常に単純なプログラム）などのステップごとに正確に実行する必要があるタスクがある場合

10: a = a + 1
20: goto 10

次に、タスクは前のパスの結果に大きく依存し、'a'各コピーが'a'異なる時間に値を取得して異なる方法で書き戻すため、値を破損することなく、それ自体の複数のコピーを実行できません。これにより、タスクが単一のスレッドに制限されるため、タスクは常に単一のコアでのみ実行できます。複数のコアで実行すると、同期の破損が発生します。これにより、デュアルコアシステムのCPUパワーの1/2、またはクアッドコアシステムの1/4に制限されます。

次のようなタスクを実行します。

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

これらの行はすべて独立しており、最初のように4つの別々のプログラムに分割して同時に実行できます。各プログラムは、同期の問題なくコアの1つの能力を最大限に活用できます。これがアムダールの法則です。入ってくる。

したがって、ブルートフォース計算を実行するシングルスレッドアプリケーションがある場合、単一の12 GHzプロセッサが勝ちます。何らかの方法でタスクを別々の部分に分割してマルチスレッドにすると、4つのコアに近づくことができますが、アムダールの法則と同じパフォーマンス。

マルチCPUシステムが提供する主なものは、応答性です。一生懸命動作しているシングルコアマシンでは、ほとんどの時間を1つのタスクで使用し、他のタスクは大きなタスク間で短いバーストでのみ実行されるため、システムが遅く見えることがあります。 。マルチコアシステムでは、重いタスクが1つのコアを取得し、他のすべてのタスクは他のコアで実行され、ジョブを迅速かつ効率的に実行します。

「6コアx 0.2GHz = 1.2Ghz」という議論は、タスクが完全に並列で独立している場合を除き、あらゆる状況でごみです。非常に並列なタスクが多数ありますが、それでも何らかの形の同期が必要です。 Handbrakeは、利用可能なすべてのCPUの使用に非常に優れているビデオトランスコーダーですが、他のスレッドをデータで満たし、処理されたデータを収集するコアプロセスが必要です。

1. 実際、各コアは1秒あたりx回の計算を行っているため、計算の合計数はx（cores）です。

ワークロードが適切な並列であると仮定すると、各コアは1秒あたりxの計算を実行できます。線形プログラムでは、1コアしかありません。

2. クロック速度は、プロセッサーが1秒間に通過するサイクル数のカウントであり、すべてのコアが同じ速度で実行されている限り、各クロックサイクルの速度はコアの数に関係なく同じままです。 。つまり、Hz =（core1Hz + core2Hz + ...）/ coresです。

4 x 3GHz = 12GHzが数学の動作を許可したと考えるのは誤りだと思いますが、リンゴとオレンジを比較しているので、合計が正しくありません。すべての状況でGHzを単純に加算することはできません。4 x 3GHz = 4 x 3GHzに変更します。

その他は、技術的な観点から良い議論をしました。代わりに、単純なアナロジーをいくつか作成して、4 * 3GHzが1 * 12GHzと同等ではない理由を説明したいと思います。

たとえば、1人の女性が9か月で1人の赤ちゃんを製造できます。9人の女性が1か月で1人の赤ちゃんを製造できるでしょうか？いいえ、妊娠は並列化できないため（少なくとも、この技術レベルでは）。

もう1つあります。私が最近訪れた水力発電所では、発電機の1つがアップグレードされていました。彼らは発電機の固定子を船で運ばなければなりませんでした。ステータの6分の1はトラックで輸送できますが、ステータ全体を輸送する必要がありました。そのため、6台のトラックではなく1台の船を使用する必要がありました。

別のケースは、イベントの正確なタイミングです。コンピュータープロセッサは正確なタイマーとして使用される場合があります（ほとんどのプロセッサではクロックが変動するため、この方法は推奨されません。代わりに高精度イベントタイマーを使用する必要があります）。比較的安定した12GHzクロックのプロセッサがあると仮定すると、3GHzクロックのプロセッサよりもはるかに高い解像度で時間を測定できます。どれだけ多くの3GHzコアを使用しても、12GHzコアの解像度に到達することはできません。これは、各クロックが時間単位で正しい時間を表示する7セグメントディスプレイを備えた4つのクロックを持つようなものです。時間をどれだけ正しく表示しても、1秒の範囲で時間間隔を測定するために使用することはできません。

私はこのテーマの専門家ではありませんが、コンピューター工学の学位を持っています。理論（これは非常に概念的な答えである）、クアッドコア3GHzの各プロセッサができ、例えば、シングルエンドの結果のために必要な計算の四組があった、場合は、1つの12GHz帯のプロセッサと同等です。それがいわゆる並列処理です。

ロジックを単純化するために、デュアルコアプロセッサについて話しているとしましょう。計算のセットがあった場合、言う：

a = b + 1;

c = d + 1;

その場合、これらの2つの計算は別々のコアで実行でき、xGHzプロセッサはシングルコア2 * xGHzプロセッサと同等です。これは、2つの計算がx速度で実行されていても、同時に処理されるためです。一方、シングルコアプロセッサは2 * xの速度で実行できますが、次々に実行できます。2つのCPUがこのコードを同時に実行した場合、それらは同時に終了します。ただし、コードが次の場合：

a = b + 1;

c = a + 1;

次に、デュアルコアプロセッサはシングルコアプロセッサの2倍の時間がかかります。これは、2番目の命令では、aの値が最初の命令に依存しているため、並列に実行できないためです。これは、一部のソフトウェアがマルチスレッドプロセッサを活用する方法です。

そのため、理論的には、12GHzシングルコアプロセッサは常に3GHzクアッドコアプロセッサよりも高速（または高速）で実行できますが、その逆はできません。

これは答えが複雑な質問ですが、短い答えは次のとおりです。いいえ

実際のアプリケーションでは、4つの3Ghzプロセッサは非効率的であるため、単一の12Ghzプロセッサほど高速ではありません。それらは非常に近いかもしれませんが、処理能力の点では単一のプロセッサに匹敵しません。

この理由は、複数のプロセッサで実行できるプログラムを扱う際の非効率性が小さいことにあります。問題のプログラムが並行して実行できると仮定すると、RAMなどのリソースやキャッシュやスレッドの同期の問題など、他のリソースをめぐって競合するさまざまなコアの問題が発生します。また、プログラムの一部は常に並列化できず、単一のコアで単独で実行する必要があります。

この記事をご覧ください：http : //en.wikipedia.org/wiki/Amdahl%27s_law

4 GHzコア@ 3 GHzを12 GHzと言うことはできないようです。

共有メモリ、キャッシュ競合、その他のリソースなどのさまざまな制約もすべてのコアに共通しているため、これらのコアでコードを並列実行することは、12 Ghzプロセッサで実行するほど効率的ではありません（ただし、そのようなプロセッサを構築することは困難です） ）。

また、チップに埋め込まれたトランジスタ（CMP）を2倍にすると、得られる速度はわずか40％になることをどこかで読みました。これは、このトピックにも重要なヒントを提供します。

実行されるクロックサイクルに関する限り、はい、マルチコアプロセッサはx * cores1秒あたりの作業サイクルを完了します。従来、クロック速度は、比較を容易にするためにコアごとにリストされています（そうでなければ、2GHz /コアで動作する4GHzデュアルコアチップと1GHz /コアで動作する4GHzクアッドコアチップをどのように簡単に比較しますか？）

残念ながら、実際のアプリケーションで異なるプロセッサを比較しようとすると、問題は複雑になります。

まず、ほとんどのマルチコアプロセッサには、コア間で共有されるリソース（CPUキャッシュなど）があります。それらはそのキャッシュへのアクセスを共有する必要があるため、両方のコアがデータをフルスピードで保存または読み取りすることはできません。多くのコアCPUでは、共有リソースのボトルネックの可能性をよりよく分割するために、複数の共有キャッシュ（たとえば、ほとんどのクアッドコアチップが2つのキャッシュを持ち、それぞれがコアのペアで共有されます）によって緩和されることがよくあります。

第二に、そしておそらく非技術者の世界ではあまり知られていませんが、クロック速度の比較はリンゴとオレンジの比較に似ていることがあります。CPUが異なれば、1クロックサイクルで異なる量の作業を実行するため、1 GHzと1.2 GHzの組み合わせは優れていると言えますが、実際には1 GHzチップは一定の時間内により多くの作業を行うことができます。Pentium 4はこのポイントを家に持ち帰り、メガヘルツ神話（この投稿を書くまで名前が造られたことは知りませんでした）に至りました。

毎時50マイル走行する2台の車は、毎時100マイルに「加算」されません。本当に簡単です。プロセッサのクロック速度は、作業が行われる速度の尺度ではなく、クロックが刻む速度の尺度です。