ЯК ВЛАШТОВАНИЙ ПРОЦЕСОР, І ДЛЯ ЧОГО ВІН ПОТРІБНИЙ?
Розглянемо питання процесора та його призначення з дещо іншого ракурсу.
Центральний процесор (ЦП), або CPU (від англ. Central Processing Unit), є "мозком" комп'ютера та відповідає за основні обчислювальні процеси. Незважаючи на компактні розміри, ЦП має досить складну структуру, яка включає наступні елементи:
- Кристал: це основний компонент процесора, від якого залежить його продуктивність. Компанії AMD і Intel мають різні підходи до виготовлення кристалів, що становить головну відмінність між виробниками.
Зазначимо, що кристал не є монолітним; він складається з ядер (про ядра ми розповімо нижче), а ядра, в свою чергу, містять функціональні блоки. Кожен блок призначений для виконання конкретних арифметичних (обчислювальних) чи логічних (прийняття рішень на основі обчислень) завдань. Наразі не будемо глибоко розглядати цю тему (вона потребує окремої статті), але вводження поняття функціональних блоків є необхідним для подальшого розуміння статті.
Розміри, процесор має складну структуру, яка включає наступні елементи:
- Ядра: ядра є складовою частиною кристала процесора і виконують фактичні обчислення. Кожне ядро може мати власні набори функціональних блоків, спрямованих на виконання конкретних завдань. Більшість сучасних процесорів мають мультитредову архітектуру, що означає, що вони мають більше одного ядра для паралельної обробки завдань.
Окремі блоки в кристалі процесора призначені для різних видів обчислень, таких як арифметичні операції, обробка графіки, керування пам'яттю та інші. Вони працюють разом, узгоджуючи свою роботу для ефективного виконання завдань.
Таким чином, процесор виконує важливі обчислювальні операції і відповідає за швидкодію та продуктивність комп'ютерної системи. Вибір правильного процесора є ключовим фактором при побудові потужного і ефективного комп'ютера.
Окремий аспект, який варто розглянути, - це влаштування кристалу процесора. Всі компоненти, про які ми говорили раніше, розташовані на кристалі, і їх правильне розташування є важливим фактором для забезпечення ефективності процесора. Кожен компонент має свою точну позицію та зв'язки з іншими частинами кристала.
Процес влаштування кристалу процесора - вкрай складний технологічний процес, що вимагає високої точності та спеціалізованого обладнання. Виробники процесорів вкладають значні зусилля для забезпечення правильного розташування компонентів на кристалі, адже навіть незначні помилки можуть негативно вплинути на продуктивність та надійність процесора.
Захисна кришка, яка захищає кристал від механічних пошкоджень, є ще одним важливим аспектом влаштування процесора. Кришка захищає кристал від подряпин, пилу та інших зовнішніх впливів, які можуть пошкодити його. Тому під час встановлення процесора важливо бути обережним та уникати пошкоджень кришки.
Для встановлення процесора на материнську плату використовується контактний майданчик. Кількість та розташування контактів на процесорі визначають, чи буде він сумісним з обраною материнською платою. Якщо ви плануєте оновити свій комп'ютер, не замінюючи материнську плату, важливо звернути увагу на сумісність процесора зі старим сокетом материнської плати.
Також варто згадати про наявність графічного ядра в процесорах з інтегрованою графікою. Це окреме ядро призначене для обробки відео і має значення для користувачів, які займаються геймінгом або роботою з відео.
В цілому, влаштування кристалу процесора є важливим етапом в процесі виробництва, який має вплив на продуктивність, надійність і сумісність процесора з іншими компонентами комп'ютера. Забезпечення правильного розташування компонентів, використання захисної кришки та сумісність з материнською платою є важливими аспектами, на які слід звернути увагу при виборі процесора.
Літографія процесора - процес вирізання транзисторів на кристалі шляхом застосування фотолітографії. Вона визначає техпроцес, що вимірюється в нанометрах (нм). Чим менший техпроцес, тим менші розміри транзисторів і більше їх можна помістити на одиницю площі.
Зменшення техпроцесу має два позитивні ефекти. По-перше, розміри ЦП залишаються такими самими або зменшуються, але продуктивність зростає. Це означає, що при такому самому розмірі процесор може виконувати більше обчислювальних операцій за один проміжок часу. По-друге, транзистори розташовуються ближче один до одного, що полегшує їх "спілкування" і зменшує енергетичні втрати.
Проте, важливо зауважити, що техпроцес - це лише один з факторів, що впливають на продуктивність процесора. Інші чинники, такі як кількість ядер, тактова частота, кеш-пам'ять та архітектура, також мають значення. Тому при виборі процесора необхідно орієнтуватися не тільки на техпроцес, а на комплексну оцінку всіх характеристик.
Важливо враховувати, що виробники процесорів постійно працюють над вдосконаленням техпроцесу, тому нові моделі можуть мати більш тонку літографію, що сприяє поліпшенню продуктивності і енергоефективності.
Додатково, існують ще два негативних аспекти пов'язані зі зменшенням техпроцесу:
- Процесор стає "витонченішим", тобто має більшу чутливість до механічних пошкоджень. Тому багато сучасних процесорів випускаються з захисною кришкою, яка допомагає запобігти пошкодженням під час монтажу або використання.
- Складність технології зростає разом зі зменшенням техпроцесу. Це означає, що виробництво сучасних процесорів вимагає більш складних технологічних процесів, що призводить до збільшення витрат і, відповідно, до підвищення вартості процесорів порівняно з їх попередниками.
На сьогоднішній день лідером у питанні техпроцесу є компанія AMD. Вони використовують 7-нанометровий техпроцес для більшості своїх процесорів, в той час як 14 нм застосовується в бюджетних моделях. У літній період 2022 року AMD представила лінійку процесорів AMD Ryzen 7000 Raphael, які виготовляються за 5-нанометровим техпроцесом.
У компанії Intel є завдання догнати свого конкурента. На момент написання цього матеріалу, процесори Intel виробляються за 14-нанометровим техпроцесом, і перехід на 7 нм планується лише у 2023 році.
Незалежно від виробника, при виборі процесора рекомендується звернути увагу на "найменший" техпроцес, оскільки це може вказувати на більшу продуктивність та енергоефективність пристрою.
Мікроархітектура є важливою складовою процесора і визначає алгоритм його роботи. Вона не пов'язана з фізичною будовою, а представляє собою програмну складову.
Мікроархітектура встановлює логіку взаємодії різних блоків процесора. Деякі мікроархітектури спрямовані на досягнення високої продуктивності, забезпечуючи швидке виконання складних завдань. Інші мікроархітектури ставлять акцент на енергоефективність, що дозволяє знизити споживання енергії.
Розуміння особливостей мікроархітектури корисно при виборі процесора, особливо якщо ви розглядаєте потужні моделі. Наприклад, процесори Intel Core 12-го покоління працюють на архітектурі Alder Lake-S. Але важливо знати, що вони складаються з високопродуктивних ядер на мікроархітектурі Golden Cove і енергоефективних ядер на Gracemont. Таким чином, ці процесори можуть забезпечувати максимальну продуктивність за великих навантажень і ефективне енергоспоживання в звичайних умовах.
Лінійки і сімейства процесорів відіграють важливу роль в класифікації і визначенні можливостей апгрейду комп'ютера. Кожен виробник має свої лінійки процесорів, спрямовані на різні типи завдань і користувачів.
Intel пропонує такі лінійки: Celeron, Pentium, Core і Xeon. AMD, у свою чергу, має A-Series, Athlon, Ryzen, Threadripper і EPYC.
Лінійки процесорів можуть включати моделі з різними характеристиками. Щоб уточнити ці різниці, виробники використовують сімейства. Наприклад, у лінійці Intel Core є сімейства Core i3, Core i5, Core i7 і Core i9. У лінійці AMD Ryzen зустрічаються сімейства Ryzen 3, Ryzen 5, Ryzen 7 і Ryzen 9.
Хоча на перший погляд такий поділ може здаватися нелогічним, на практиці моделі в межах однієї лінійки досить схожі. Наприклад, різниця у продуктивності між процесорами Celeron і Core i3 може бути меншою, ніж між Core i3 і Core i9. Проте, важливо зазначити, що перехід між лінійками процесорів вимагає заміни материнської плати і, можливо, інших комплектуючих. Водночас, в межах однієї лінійки є більша ймовірність можливості переходу між сімействами.
У наступних розділах статті буде наведено приклади, як це впливає на вибір процесора.
Процесори випускаються в різних поколіннях, що відображає їхній хронологічний розвиток. Назви сімейств можуть зберігатися протягом багатьох років, але покоління процесорів в них відрізняються.
Зазначення покоління процесора зазвичай відбувається за допомогою числової нотації. Наприклад, процесор Core i5 10400 належить до 10-го покоління, Core i5 11400 - до 11-го покоління, а Ryzen 7 5700G - до 5-го покоління. Це число вказує на еволюцію технології та покращення характеристик процесорів у нових поколіннях.
Порівняння процесорів в межах однієї сім'ї за їхніми поколіннями дозволяє оцінити різницю в характеристиках. Новіші покоління зазвичай пропонують покращену продуктивність, ефективність або додаткові функції порівняно зі старішими поколіннями.
Варто враховувати, що порівняння поколінь процесорів між різними виробниками, такими як Intel і AMD, може бути неправомірним, оскільки вони мають власні системи нумерації поколінь.
Найчастіше головним нововведенням є мікроархітектура, яка визначає алгоритм роботи процесора і впливає на продуктивність його виконання завдань. Однак, окрім мікроархітектури, змінюються й інші параметри процесорів з різних поколінь та сімейств.
Наприклад, може бути змінений технологічний процес виготовлення, що дозволяє досягти вищої ефективності та зменшити енергоспоживання. Також можуть змінюватися сокети, які використовуються для підключення процесора до материнської плати, що може вимагати зміни комплектуючих при оновленні системи.
Крім того, нові покоління процесорів можуть впроваджувати нові технології, наприклад, покращену графічну підтримку, підтримку штучного інтелекту або покращені можливості обробки даних. Порівняння деяких параметрів процесорів з різних поколінь та сімейств може допомогти визначити, які з них найкраще відповідають вашим потребам і вимогам.
Один з ключових факторів, що впливає на можливість модернізації комп'ютерної збірки, - це сокет процесора. У дев'ятому поколінні використовувався сокет s1151, а наступних - s1200. Ці сокети фізично несумісні, тому ви не зможете перейти на наступне покоління з процесором Core i5 9600K, навіть якщо це буде процесор з того ж сімейства.
Слід звернути увагу на архітектуру процесора. Наприклад, Core i5 10400 та Core i5 11400 мають один і той же сокет, але різну архітектуру. Це означає, що ваша материнська плата може підтримувати таке оновлення, але для цього може знадобитися оновлення BIOS.
Останньою опцією є перехід на більш потужний процесор в рамках одного покоління, наприклад з Core i5 11400 на Core i9 11900K. У цьому випадку сокет і архітектура залишаються однаковими, що здається безпроблемним апгрейдом. Проте варто врахувати, що ці процесори мають різну продуктивність та споживання енергії.
Тому перед таким оновленням необхідно врахувати наступні моменти:
- Підсистема живлення материнської плати. При переході на більш потужний процесор, такий як Core i9 11900K, можуть виникнути проблеми зі справністю підсистеми живлення, яку необхідно врахувати при виборі материнської плати.
- Система охолодження. Процесори з різними характеристиками тепловиділення можуть вимагати різних систем охолодження. Якщо ваш старий кулер не впорається з новим, може знадобитися заміна системи охолодження для забезпечення належної ефективності охолодження нового процесора.
- Блок живлення. Потужні процесори, такі як Core i9 11900K, вимагають більше енергії для своєї роботи. Тому може знадобитися заміна блока живлення на більш потужний, щоб забезпечити стабільне живлення системи.
Важливо враховувати, що перехід від потужних процесорів до менш потужних також може мати свої проблеми. При даунгрейді слід звернути увагу на сумісність з оперативною пам'яттю, особливо за частотами, а також з відеокартою, щоб уникнути можливих сумісність проблем.
Враховуючи фактори, при модернізації комп'ютерної збірки варто ретельно розглянути сумісність сокету, архітектури, підсистеми живлення, системи охолодження та блока живлення для забезпечення оптимальної продуктивності та стабільної роботи системи.
Тепер, коли ми розібралися з теорією, можемо перейти безпосередньо до порад щодо вибору процесора. Розпочнемо з визначення призначення комп'ютера. Залежно від складності завдань, які будуть перед ним ставитися, процесори можна розділити на наступні категорії:
- Бюджетні процесори. Цю групу складають найслабші процесори, які підходять для повсякденного використання і роботи з документами. Однак, для геймінгу вони підходять обмежено: вони здатні запускати старі інді-ігри, але можуть мати проблеми з вимогливими новими ААА-проектами, навіть на мінімальних налаштуваннях.
- Середньопродуктивні процесори - середньої продуктивності, які здатні працювати з більшістю програм і ігор. Проте, найвимогливішим із них може знадобитися пожертвувати деякими налаштуваннями, щоб досягти оптимальної продуктивності.
- Флагманські процесори. Це потужні процесори, які рідко зазнають проблем з запуском вимогливих програм та відеоігор. Важливо пам'ятати, що продуктивність та швидкодія комп'ютера залежать не тільки від процесора, тому потрібно підібрати відповідну відеокарту, оперативну пам'ять і, бажано, придбати твердотільний накопичувач (SSD). Також, для забезпечення належного охолодження, може знадобитися потужна повітряна або водяна система охолодження. Варто пам'ятати, що збірка комп'ютера на флагманському процесорі може вимагати значних фінансових витрат.
- Спеціалізовані процесори - призначені для використання в серверах, обчислювальних центрах та наукових установах. У спеціалізованих процесорах зазвичай зосереджено увагу на кількості ядер (зазвичай 10+), що дозволяє ефективно обробляти великі обсяги даних.
Як можна зрозуміти з вищевикладеного, термін "ігрові процесори" є умовним, оскільки більшість процесорів здатні запускати ігри. Проте геймерськими зазвичай називають процесори, які можуть впоратися з вимогливими ААА-проектами на середньо-високих і високих налаштуваннях. Вони виділяються високою продуктивністю і використанням передового програмного забезпечення.
Наприклад, в процесорі INTEL Core i9 11900F використовуються такі технології, як елементи ШІ (технологія Intel GNA), яка забезпечує покращену продуктивність, перемикання частоти і напруги в залежності від навантаження (Enhanced Intel SpeedStep), а також контроль робочої температури (DTS).
Для досягнення оптимальної продуктивності також потрібно враховувати інші компоненти, такі як відеокарта, оперативна пам'ять і система зберігання даних.
ПОРІВНЯННЯ ВИРОБНИКІВ: INTEL ЧИ AMD
У багатьох обговореннях та дискусіях між прихильниками різних виробників, порівняння між Intel і AMD втратило свій попередній сенс. Фактично, в каталозі обох виробників можна знайти схожі продукти у всіх категоріях процесорів.
AMD має дві помітні переваги.
Перша з них - це їхня технологічна процесорна виробництво, яке вже обговорювалося раніше.
Друга перевага AMD полягає у їхньому більш дружньому ставленні до користувачів. Це виявляється у підході до уніфікації, що спрощує апгрейд комп'ютера.
Наприклад, настільні процесори AMD довгий час використовували один сокет - AM4. Цього року були представлені моделі, які підтримують новий сокет AM5. Однак, AMD також подбав про користувачів: ці нові процесори є сумісними зі старими системами охолодження, що дозволяє здешевити модернізацію.
Хоча підхід і важливий, щоб зрозуміти повну картину, необхідні об'єктивні тести та бенчмарки. Давайте подивимось на результати тестів від PassMark Software:
У сфері спеціалізованих процесорів AMD випереджає Intel. Це пов'язано з тим, що Intel пропонує процесори з максимум 20 ядрами, тоді як AMD має рішення з 24 і навіть 64 ядрами.
У сфері настільних рішень, навіть з урахуванням передового технологічного процесу, перевага AMD є незначною. Таким чином, при виборі між Intel і AMD варто оцінювати конкретні потреби та вимоги користувача, а також звертати увагу на результати тестів та бенчмарків, щоб знайти оптимальний варіант процесора для своїх потреб.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЦЕСОРА
Під час вибору процесора важливо враховувати кількість ядер і потоків, оскільки це безпосередньо впливає на продуктивність пристрою. Багатоядерні процесори забезпечують більшу швидкодію завдяки можливості виконувати багато завдань одночасно. Крім того, багатопотоковість дозволяє одному ядру виконувати дві задачі одночасно, покращуючи продуктивність.
Кількість ядер і потоків, які потрібні для конкретних завдань, може варіюватися. Для офісної роботи оптимальною є конфігурація з 4 ядрами і 8 потоками, але також можуть використовуватися процесори з 2 ядрами і 4 потоками. Для роботи з важкими програмами рекомендується мати мінімум 6 ядер і 12 потоків. У випадку геймінгу, для запуску сучасних ААА-проектів з високими налаштуваннями, рекомендується мати процесор з 6 ядрами і 12 потоками або навіть більше. Для серверів і складних обчислень варто звернути увагу на процесори з 10 і більше ядрами та 20 і більше потоками.
Крім того, важливо враховувати ревізію ядра процесора, оскільки вона може впливати на продуктивність. В процесі виробництва можуть вноситися зміни до архітектури, що може призвести до зміни продуктивності навіть у процесорів з однаковою кількістю ядер і потоків.
Таким чином, при виборі процесора варто розглянути потреби використання, вимоги програм та ігор, а також уважно оцінити кількість ядер і потоків, щоб забезпечити оптимальну продуктивність пристрою.
Частота процесора
Частота процесора визначається у гігагерцах (ГГц) і вказує, скільки операцій процесор може виконати за секунду.
У характеристиках процесорів зазвичай вказуються дві частоти:
- Базова частота: Це частота, на якій процесор працює за замовчуванням без активування режиму підвищеної продуктивності. Виробники стараються зробити базову частоту якомога нижчою для зниження енергоспоживання, але при цьому забезпечити прийнятну продуктивність.
- Максимальна частота (режим Boost): Коли процесор навантажується складними завданнями, він може автоматично підвищити свою частоту до максимального значення (режим Boost) для забезпечення більшої продуктивності. Сучасні процесори часто мають динамічні режими Boost, які залежать від завдань, навантаження і температури.
При виборі процесора важливо враховувати специфікації ігор або програм, з якими ви плануєте працювати. Деякі ігри та програми можуть бути більш вимогливими до частоти процесора, тому бажано мати процесор з високими значеннями частоти.
Однак, слід пам'ятати, що інші фактори, такі як кількість ядер і потоків, також впливають на продуктивність, тому розглядайте всі аспекти процесора перед прийняттям рішення.
Розгін процесора
CPU з розблокованим множником дозволяють проводити розгін або оверклокінг. Розгін - це процес підвищення частоти процесора в порівнянні з заводськими параметрами для отримання більшої продуктивності.
Оверклокінг може бути корисним для користувачів, які потребують більшої швидкодії високонавантажених завдань, таких як геймінг або важкі обчислення. Однак, важливо мати на увазі деякі аспекти:
- Тепловиділення: Підвищення частоти процесора під час розгону призводить до збільшення виробленої теплової енергії. Ефективне охолодження, таке як використання потужного кулера або рідкостного охолодження, є необхідним для підтримки стабільної роботи процесора.
- Потужність та стабільність: Розгін може збільшити енергоспоживання процесора. Переконайтеся, що ваше живлення і материнська плата здатні надати достатню потужність для розгоненого процесора. Також, розгін може вплинути на стабільність системи, тому потрібно провести відповідні тестування і перевірки, щоб переконатися, що система працює надійно.
- Гарантія: Важливо знати, що розгін процесора не підтримується виробником і може призвести до втрати гарантії. Якщо процесор вийде з ладу під час розгону, виробник може відмовитися від ремонту або заміни.
Якщо ви плануєте займатися розгоном процесора, вам знадобиться процесор з розблокованим множником, а також знадобиться материнська плата, яка підтримує розгін. Перед виконанням розгону важливо ретельно ознайомитися з документацією вашої материнської плати і вивчити її можливості щодо розгону процесора. Будьте обережні та дотримуйтесь належних настанов щодо розгону, щоб уникнути пошкодження обладнання та втрати гарантії.
Продуктивність
Навіть якщо процесори мають однакову базову частоту, їх продуктивність може відрізнятися в залежності від параметра IPC (Inter-process communication). IPC визначає, скільки інструкцій процесор може виконати за одиницю часу. Цей параметр залежить від мікроархітектури процесора, наявності елементів машинного навчання та оптимізації під конкретні завдання.
Коли порівнюєте процесори з різною кількістю ядер, також варто звернути увагу на IPC. Однак, щоб не ускладнювати собі життя, найкраще скористатися спеціалізованими сайтами з бенчмарками, як от PassMark Software, які надають зручну можливість порівняння процесорів за різними критеріями. Такі сайти пропонують різні види тестів, сегментацію за ціною та навіть результати розгонів, що допоможе знайти оптимальний вибір для вашого конкретного випадку.
Графічне ядро
Гібридні процесори є різновидом ЦП, які мають вбудоване графічне ядро. Вони особливо популярні у неттопів, де економія місця є важливим фактором.
У гібридних процесорах різні види вбудованої графіки можуть відрізнятися за продуктивністю. Наприклад, модель UHD Graphics 750 дозволяє запускати гру Dota 2 зі стандартними налаштуваннями. У спокійних сценах гра може досягати 120 кадрів на секунду (FPS), але під час боїв, коли велика кількість ефектів активна, швидкість кадрів може знизитися до 50+ FPS. У порівнянні з цим, модель UHD Graphics 630 дозволить запускати гру лише на низьких налаштуваннях графіки і не дасть досягти більше 100 FPS.
При виборі гібридного процесора варто орієнтуватися на частоту графічного ядра, а додаткові деталі і реальні результати можна знайти в тестах, які часто доступні на форумах оверклокерів або на платформі YouTube.
Також, важливо врахувати, що існують два підходи до реалізації вбудованої графіки у гібридних процесорах:
- Інтегроване відеоядро, яке розташовується на одній підкладці з процесором.
- Процесорна графіка, де відеоядро створюється безпосередньо на кристалі процесора. Цей підхід дорожчий у виробництві, але забезпечує кращу продуктивність завдяки компактному розміщенню.
Кеш процесора
Кеш-пам'ять процесора грає важливу роль у підвищенні продуктивності обчислень. Вона знаходиться безпосередньо на процесорі і містить найтерміновішу інформацію, яка використовується для операцій.
Зазвичай, кеш-пам'ять процесора має 3 (іноді 4) рівні:
- L1 кеш-пам'ять, розташована безпосередньо в ядрі процесора і призначена для роботи виключно в його інтересах. Зазвичай обсяг L1 кешу становить до 32 КБ.
- L2 кеш-пам'ять розташована поряд з ядром процесора. Зазвичай кожні два ядра мають спільний L2 кеш. Обсяг L2 кешу може сягати до 256 КБ.
- L3 кеш-спільна пам'ять для всіх ядер процесора. Обсяг L3 кешу може досягати до 32 МБ.
- Існує також L4 кеш, який розташовується на материнській платі біля сокету процесора. Він використовується переважно у серверних системах.
Кеш-пам'ять процесора знаходиться набагато ближче до ядра, ніж оперативна пам'ять (ОЗП), і працює значно швидше (у деяких випадках до 12-20 разів). Тому її називають надоперативною пам'яттю. Більший обсяг кешу дозволяє процесору рідше звертатися до ОЗП, що прискорює обчислення.
Обсяг кешу може бути несуттєвим для офісних комп'ютерів, але в іграх та важких програмах велика кількість кешу може значно прискорити роботу.
Наприклад, при розпакуванні архівів, 3D обчисленнях (у тому числі іграх) приріст продуктивності може досягати 10%.
Тепловиділення
Залежно від потужності процесора, його енергоспоживання зростає, що призводить до більшого виділення тепла. Цю характеристику вимірюють у ватах і називають TDP (теплопакет).
При виборі системи охолодження необхідно враховувати значення TDP. У деяких випадках процесор поставляється з сумісним кулером (в комплекті з коробкою або окремо). Проте досвідчені користувачі, зазвичай, віддають перевагу окремому придбанню охолоджувальної системи.
Якщо встановити недостатньо потужну систему охолодження, процесор може перегріватися і почати працювати в режимі тротлінгу. В екстремальних випадках це може призвести до серйозного пошкодження процесора.
Також варто згадати про важливість термопасти, яка забезпечує кращий теплообмін між процесором і радіатором. З часом термопаста може втратити свою ефективність і стати твердою, що призводить до збільшення температури процесора. Рекомендується регулярно замінювати термопасту, приблизно один раз на рік, щоб уникнути проблем з перегрівом.