În cadrul acestui material ne propunem să oferim o mână de ajutor celor care doresc să înțeleagă mai bine care este toată povestea cu aceste noi procesoare hibride, de ce sunt ele bune, care este ideea din spatele combinațiilor de nuclee E și P și importanța adusă de Intel Thread Director odată cu acestea.

Procesoarele Intel Raptor Lake sunt pe rafurile magazinelor de o bună perioadă de timp, mai exact de pe la finalul lunii Octombrie a anului trecut.

Pentru cei care nu știu, Raptor Lake este cea de-a 13-a generație de procesoare Intel Core. Acestea au reprezentat varianta îmbunătățită a seriei 12, fiind puține schimbări aduse arhitecturii în sine. Principalele elemente diferențiatoare între cele două generații de procesoare se rezumă la creșterea numărul nucleelor Eficiente, a capacității de memorie Cache și a frecvențelor de operare.

De asemenea, este menționabil faptul că fiecare dintre cele două generații a adus propriul chipset, seria 600 pentru generția 12, repsectiv seria 700 apărută odată cu generația 13. Diferențele dintre acestea sunt foarte reduse, aspectul cel mai notabil rezumându-se la sporirea flexibilității producătorilor de plăci de bază în alocarea de trasee PCI-E 4.0, restul specificațiilor fiind identice.

 

Arhitectura Intel Hibridă și ITD

Raptor Lake este cea mai nouă arhitectură hibridă lansată de Intel, succesoare a arhitecturii Alder Lake, și totodată un facelift al acesteia. O numim arhitectură hibridă deoarece procesoarele apartente sunt compuse din două tipuri de nuclee, E-Cores și respectiv P-Cores. Aceste două tipuri de nuclee sunt fundamental diferite atât din punctul de vedere al performanței cât și al eficienței, ceea ce este destul de neobișuit având în vedere celelalte modele și familii de procesoare existente pe piața.

Asignarea convențională de task-uri

Până nu de mult, sistemele de operare utilizau procesoarele multi-nucleu considerând că toate nucleele sunt identice din toate punctele de vedere. Ulterior a apărut SMT-ul, sau HyperThreading cum l-a numit Intel, care a îngreunat gestinoarea și asginarea de noi taskuri. SMT-ul a dublat numărul de fire de execuție disponibile pe oricare nucleu, însă performanța acestor extra fire de execuție nu mai este idependentă, ci variabilă în funcție de load-ul de pe celălalt fir cu care sunt împărțite resursele.

Pentru a gestiona acestă dificultate, programatorul de task-uri din sistemele de operare a fost ajustat pentru a diferenția firele de execuție principale de cele secundare, pentru a distribui uniform sarcinile asupra nucleelor. În acest fel se evită suprasolicitarea unuia sau mai multor nuclee, în condițiile în care alte nuclee sunt disponibile.

Este ușor imaginabil că integrarea și gestionarea eficientă a două tipuri diferite de nuclee este mult mai complicată și necesită ajustări asupra sistemului de distriburire al task-urilor din cadrul OS-ului. Pentru a adresa această problemă Intel au făcut echipă cu Microsoft pentru a dezvolta tehnologia Intel Thread Director, ce a fost integrată nativ în Windows 11.

P-Cores și E-Cores

Intel ITD Overview | WASD.ro

După cum spuneam, cele mai recente (două) generații de procesoare Intel sunt alcătuite din procesoare hibride ce utilizează atât P-Cores cât și E-Cores. Înainte de a vorbi despre cum se gestionează astfel de configurații de nuclee, propun să abordăm întâi diferențele dintre aceste nuclee și de ce este necesar un sistem special de asignare al thread-urilor.

Prima inițiativă de acest fel a apărut în cadrul procesoarelor mobile ARM. Acestea au fost dezvoltate cu gândul de a dispune de două gupări de nuclee pentru a putea împărți execuția task-urilor într-un mod cât mai eficient și cu perderi minime în performanță. Astfel, a apărut arhitectura ARM big.LITTLE ce dispune de două tipuri de nuclee:

  • Nuclee de înaltă performanță – execută task-urile grele ce necesită mai multe resurse
  • Nuclee eficiente energetic – responsabile pentru executarea task-urilor convenționale

Din punct de vedere arhitectural, cele două tipuri de nuclee sunt fundamental diferite. Nucleele performante în general au frecvențe mult mai ridicate și consumă semnificativ mai mult curent, în timp cel nucleele eficiente dispun de frecvețe mai scăzute și consum mai redus. Primele modele de nuclee ARM compatibile cu big.LITTLE sunt Cortex-A7 și Cortex-A15,fiind anunțate la finalul anului 2011.

Făcând un pas înapoi la discuția inițială, situația este destul de asemănătoare și în cazul P-Cores și E-Cores din procesoarele Intel, analogia fiind destul de evidentă.

P-Cores sunt nucleele cele mai rapide, puternice și implicit mai consumatoare de energie. Totodată, este singurul tip de nucleu ce dispune de HyperThreading, toate E-Cores fiind Single-Threaded. Putem considera P-Cores ca fiind echivalentul nucleelor convenționale, ce se îmbunătățesc considerabil de la o generație la alta.

 

Intel Thread Director (ITD)

Intel ITD Overview | WASD.ro

Intel Thread Director (ITD) este un sistem de asignare a task-urilor ce necesită o componentă hardware, integrată direct în procesoare, și una software, ce se regăsește în Windows 11. În ansamblu, integrarea dintre hardware și software este ceea ce aduce ITD în lumina reflectoarelor. Acesta este o variantă mai actualizată a tehnologiei Intel HGS (Hardware Guided Scheduling) care este implementată în Windwos 10. Procesoarele Intel hibride funcționează bine și cu HGS, însă lipsește extra-optimizarea.

Procesoarele Intel Raptor Lake, dar și Alder Lake, sunt dotate cu un microcontroller ce are rolul de a monitoriza și de a informa sistemul de operare cu privire la activitatea și importanța task-urilor executate de către fiecare fire de execuție individual. Ulterior, sistemul de asignare integrat în Windows 11 ia în considerare noile informații, alături de rezultatele algoritmilor pe care deja îi folosește și decide acțiunile ce trebuie făcute pentru a optimiza cât mai mult executarea concomitenta a load-ului.

Intrând mai în detaliu, microcontroller-ul menționat mai sus ia în considerare o multitudine de paramterii relevanți în evaluarea unui task. Printre aceștia se numără: identificarea tipurilor de instrucțiuni sau seturi de instrucțiuni frecvent executate, identificarea de modele repetitive în execuție, monitorizarea instrucțiunilor ce necesită multe resurse precum AVX2 sau AVX-VNNI și marcarea acestora pentru a primi prioritate și lista poate continua. Utilizând un algoritm de învățare, microcontroller-ul sintetizează datele colectate și oferă sugestii către sistemul de operare.

Intel ITD Overview | WASD.ro

Prin această metodă, sistemul de operare este în contact mult mai strâns cu activitatea procesorului, având acces mai rapid la estimări asupra activității task-urilor și chiar feedback în timp real. Intel estimează că ITD poate evalua starea unui fir de execuție într-un timp de 3 ori mai mic decât HGS. Respectiv în aproximativ 30 de microsecunde în loc de aproximativ 100 de microsecunde.

Conform unui material realizat de Anandtech cu ajutorul unui reprezentant Intel, la scurt timp după lansarea arhitecturii Alder Lake (gen 12), sistemul ITD are un mod default de a asigna task-urile până la activarea sistemului inteligent de scheduling. Conform acestora, ITD va încerca asignarea unui nou task întai asupra unui nucleu P, dacă mai există astfel de nuclee disponibile. Ulterior task-ul va fi alocat asupra unui nucleu E până când se încheie evaluarea task-ului. În cele din urmă, după evaluare, sistemul de operare determină necesitățile task-ului și îl poate realoca dacă este nevoie.

Intel Thread Director este o tehnologie de pe urma căreia beneficiează în special dispozitivele mobile, cum ar fi laptop-urile. Din moment ce consumul instant poate fi ajustat mult mai frecvent, sporind astfel autonomia dispozitivelor. Diferențele în performanță destul de mici între Windows 10 și Windows 11, marja fiind undeva la 3%.

 

Platformă de test și metodologie

Platformă de testIntel ITD Overview | WASD.ro

  • CPU: Intel Core i9 12900K
  • MB: Gigabyte Z690 Aorus Master
  • GPU: Powercolor Radeon RX 6900 XT
  • RAM: 2x 16GB Kingston Fury Beast DDR @5200MHz
  • PSU: Corsair RM850
  • SSD: Kingston Fury Renegade PCIE 4.0 NVMe 2TB
  • Cooler: Gigabyte Aorus Waterforce 240
  • OS: Windows 11 / Windows 10

Metodologie

Pentru a valida beneficiile aduse de Intel Thread Director in cadrul Windows 11, am propus următoarea metodologie de testare. Vom evalua performanțele platformei de test descrisă mai sus utilizând atât Windows 10 cât și Windows 11.

Testele prevăzute cuprind jocuri, benchmark-uri sintetice și suita 3DMark. Astfel, următoarea listă de jocuri va fi rulată în trei rezoluții Full HD, QHD și respectiv UHD. Alături de titlurile alese veți găsi și setările de grafică utilizate:

  • F1 2021 – DX12, Ultra High Preset, TAA, RT Medium
  • Horizon Zero Dawn – Ultimate Quality Preset
  • CS:GO – Maximum details, noAA, Motion Blur disabled
  • DIRT5 – Maximum details
  • Spider-Man: Miles Morales – TAA, Very High Preset, Ambient Occlusion off, RT reflexions, shadows High
  • Spider-Man Remastered – TAA, Very High Preset, Ambient Occlusion off, RT shadows High
  • Sackboy: A Big Adventure – Very High Preset, RT effects On, All Marks Ticked
  • DeathLoop – FOV 80, Ultra High details, noAA, Ambient Occlusion RT Quality, Sun Shadows RT
  • God of War – Maxed Settings

Setul de teste sintetice pe care le-am utilizat cuprinde următoarele titluri:

  • Cinebench R23
  • Cinebench R20
  • Cinebench R15
  • IndigoBench 4
  • FryBench
  • x265 HD Benchmark – Visual C++
  • V-Ray 5 Ksamples Chaos Group
  • wPrime 2.10 Run 1024M
  • CPU-Z
  • GeekBench 5
  • 7-Zip
  • WinRar

Din cadrul suitei 3DMark vom evalua scorurile obținute în cadrul CPU Profile din moment ce consider că acest test reflectă cel mai bine scenariul propus.

Rezultate teste

Teste sintetice

Intel ITD Overview | WASD.ro

Pornind chiar de la testele sintetice putem observa cum Windows 11 compensează pentru aplicațiile care nu se folosesc active de toate nucleele existente în arhitecturile Raport Lake și respectiv Alder Lake. Printre acestea se numără în special programe mai vechi cum ar fi Cinebench R15 sau IndigoBench 4, ce au fost lansate în perioada în care SMT-ul era la putere. Prin simpla atribuire corectă a task-urilor asupra nucleelor celor mai potrivite pentru acestea, performanța poate fi îmbunătățită cu până la 300%.

Privind mai în ansamblu, în cadrul celorlalte teste, Windows 11 a obținut predominant performanțe mai bune decât Windows 10. Cu toate că diferențele pot părea mici, ele există indiscutabil și sunt în favoarea lui Windows 11, respectiv a implmenetării ITD-ului.

Teste gaming

Intel ITD Overview | WASD.ro

În gaming rezultatele sunt foarte asemănătoare, diferențele în rezultate sunt suficient de mici cât să poată fi ignorabile. Concluzia este că în gaming, cel puțin, sistemul de operare nu influențează semnificativ rezultatele, ambele seturi fiind similare și implicit valide.

3DMark

CPU Profile

Intel ITD Overview | WASD.ro

 

În cadrul 3DMark CPU Profile putem observa o oarecare influență în favoarea configurației ce rulează pe Windows 11, scorurile fiind cu aproximativ 6% mai bune în scenariile ce folosesc mai mult de 8 thread-uri. Probabil, în scenariile ce folosesc mai puține thread-uri acestea sunt asignate asupra nucleelor de performanță în cadrul ambelor sisteme de operare vizate, de unde și similitudinea între aceste rezultate.

Verdict

Intel Thread Director este o adiție destul de importantă adusă odată cu introducerea pe piață a procesoarelor hibride, adică Raport Lake și Alder Lake. Acest sistem este integrat nativ în cadrul  Windows 11 și poți beneficia de pe urma sa doar utilizând acest sistem de operare, cel puțin momentan.

La nivel de bază, ITD cuprinde o componentă hardware și una software. Partea hardware este reprezentată de un microcontroller integrat direct în procesor ce monitorizează și analizează load-ul fiecărui fir de execuție, fiind astfel o sursă de feedback în timp real. Partea software este inegrată în Windows 11 în cadrul sistemului de alocare a task-urilor și are rolul de a lua în considerare feedback-ul primit de la microcontroller-ul menționat anterior pentru a decide necesitățile fiecărui task în funcție de resursele procesorului în fiecare moment de timp.

În principal acest sistem compensează pentru dificultatea programelor în a utiliza două tipuri diferite de nuclee în timpul execuției. Sporuri semnificative în performanță se observă în special în cadrul programelor mai vechi, cum ar fi Cinebench R15. Cu toate acestea, în jocuri, diferența este aproape nesemnificativă, însă dacă luăm în considerare situațiile în care poate faci stream sau ai alte load-uri pe lângă programul principal cu care interactionezi, ITD poate aduce extra performanță fără costuri suplimentare.

Intel ITD Overview | WASD.ro

În concluzie, dacă ești posesor al unui procesor Intel hibrid, sau iei în considerarea achiziționarea unui astfel de model, sugerez alegerea lui Windows 11 ca sistem de operare mai ales datorită beneficiilor suplimentare aduse de tehnologia ITD.

ASBIS Romania este distribuitor oficial al procesoarelor Intel și al modelului Intel Core i9-13900K.

Similar Articles

Lasă un răspuns

Acest site folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.