В прошлом процессоры имели фиксированную тактовую частоту, и сравнивать модели разных производителей было так же просто, как ранжировать их по этому показателю.
Современные процессоры могут работать как на базовой, так и на повышенной частоте. Но это не всё. Они оснащены несколькими ядрами и большим количеством потоков, а также могут автоматически разгоняться и регулировать свою частоту в зависимости от различных факторов, таких как температура и подача энергии.
Производители гарантируют повышение тактовой частоты только в том случае, если процессор не имеет ограничений по температуре или мощности.
Вот несколько факторов, которые могут повлиять на тактовую частоту процессора:
- Качество кремния
- Эффективность охлаждения
- Качество термопасты
- Рабочие нагрузки, которые вы выполняете
Даже если ваш процессор способен разгоняться до заявленных высоких частот, он может удерживать их лишь на пару миллисекунд, а то и меньше.
Тем не менее, этого времени достаточно, чтобы производители могли указывать тактовую частоту 5+ ГГц на упаковке процессора и вводить в заблуждение неискушённых покупателей. Чтобы обеспечить стабильные ускорения, вам потребуются высококачественные решения для охлаждения (как воздушные, так и жидкостные), которые способны эффективно рассеивать тепло.
Эти новые функции, безусловно, приносят много пользы, но у новичков они могут вызвать множество вопросов. Например, что такое базовая и повышенная тактовая частота? Стоит ли выбирать процессор с более высокой базовой тактовой частотой или с более высокой турбочастотой? Какие рабочие нагрузки больше зависят от одной из этих характеристик?
В этой статье мы подробно рассмотрим эти и другие вопросы, а также дадим вам рекомендации о том, какие показатели частоты центрального процессора наиболее важны для вашей конкретной рабочей нагрузки.
Что такое тактовая частота процессора
Перво-наперво: что такое тактовые частоты? Являются ли они важной метрикой для сравнения или они почти не имеют значения с точки зрения практической производительности?
Скорость ЦП измеряется его внутренними часами в «тиках» или тактовых циклах. Чем быстрее он может «тикать», тем быстрее он может выполнить работу за установленный промежуток времени.
Каждый из этих циклов состоит из импульса включения или выключения транзисторов, который синхронизируется внутренним генератором (внутренними часами).
Максимальная частота этих импульсов измеряется в герцах (Гц), при этом современные процессоры работают в диапазоне гигагерц (каждый гигагерц отражает миллиард циклов в секунду).
Таким образом, процессор с тактовой частотой 4 ГГц способен выполнять 4 миллиарда тактов за одну секунду. Выполнение простой операции может занять всего пару циклов/тиков, в то время как более сложная операция может занять сотни или тысячи.
Однако, тактовые частоты – это только один из аспектов скорости процессора.
Другие факторы, такие как количество ядер, размер кэша и внутренняя архитектура ЦП, также играют ключевую роль в общей производительности.
Одна из наиболее распространенных причин, по которой процессор с более высокой тактовой частотой может уступать процессору нового поколения с более низкой частотой, связана с архитектурными улучшениями, которые приводят к увеличению IPC.
Что такое базовая тактовая частота процессора
Базовая тактовая частота ЦП относится к частоте, которую все ядра будут поддерживать в качестве базовой. Обычно это происходит при обработке типичных рабочих нагрузок низкого и среднего уровня.
По сути, это минимальная тактовая частота, на которой процессор должен работать при соответствующем охлаждении.
Не путайте это с тактовой частотой процессора в режиме ожидания, так как они могут снижать напряжение и понижать тактовую частоту намного ниже своей базовой частоты для экономии энергии.
Что такое повышенная (Boost) тактовая частота?
Когда работа становится более интенсивной и требуется больше производительности, центральный процессор (ЦП) увеличивает количество циклов, которые он обрабатывает в секунду, то есть повышает свою частоту. Это происходит в зависимости от конфигурации оборудования, теплового запаса и ограничений энергопотребления.
Такой процесс называется повышением тактовой частоты процессора, и его не следует путать с ручным разгоном.
Большинство современных процессоров оснащены различными технологиями повышения частоты, которые могут иметь замысловатые названия, такие как Turbo Boost или PBO. Эти технологии автоматически увеличивают частоту одного или нескольких ядер до тех пор, пока не будут достигнуты установленные на заводе ограничения.
В многоядерных процессорах гораздо проще увеличить частоту только одного ядра, чем всех ядер сразу. Это связано с меньшими затратами энергии и выделением тепла, что позволяет повысить частоту одного ядра до гораздо более высоких значений, чем можно было бы увеличить частоту всех ядер одновременно.
По этой же причине заявленные повышенные тактовые частоты (например, 5,3+ ГГц) часто достигаются только на одном ядре, а не на всём пакете ЦП. Температурные ограничения, определяемые эффективностью работы кулера, являются причиной того, что такие автоматические тактовые импульсы обычно возникают только в виде всплесков и удерживаются лишь на очень коротких промежутках времени.
Повышение тактовой частоты против разгона
Хотя повышенные частоты ЦП являются формой (автоматического) разгона, его не следует путать с ручным разгоном вашего ЦП, который относится к ручному увеличению этих множителей (и напряжения) с интервалами, чтобы найти максимальную стабильную частоту ЦП. Это то, что делают энтузиасты, чтобы извлечь каждую унцию производительности из своих процессоров.
Повышенные тактовые частоты устанавливаются производителем и постоянно регулируются системой без какого-либо вмешательства со стороны конечного пользователя.
Почему процессор не может всегда работать на повышенных частотах
Из-за термических показателей, ограничений мощности и эффективности, а также риска повреждения.
Чем выше тактовая частота процессора, тем менее эффективным он становится. Он производит непропорционально больше тепла и потребляет экспоненциально больше энергии с каждым новым толчком к более высокой тактовой частоте процессора. Чем дальше вы заходите, тем более выраженным становится энергопотребление и тепловыделение.
Вот почему экстремальные оверклокеры обычно работают с жидким азотом, чтобы установить мировой рекорд тактовой частоты без потери стабильности.
Тем не менее, вы можете вручную разогнать свой процессор, чтобы он работал на или даже выше его повышенной тактовой частоты во время использования. Пока ваш процессорный кулер и воздушный поток корпуса достаточно надёжно справляются с рассеиванием выделяемого тепла.
Слишком активное использование процессора может сократить срок его службы. Термопаста высыхает быстрее, а ошибки внутри кремниевого ядра становятся более регулярными.
Кроме того, есть тепловые характеристики: ваш процессорный кулер является огромным узким местом, которое необходимо учитывать. Более холодный радиатор может поглощать и рассеивать гораздо больше тепла, чем горячий радиатор. Таким образом, можно достичь более высоких тактовых импульсов, если ваш процессор работал на низкой тактовой частоте и производил лишь небольшое количество тепла до того, как он был ускорен. Но, если процессорный кулер уже доведён до предела на базовой частоте или около неё, у него не будет большого запаса для разгона до желаемого/рекламируемого уровня.
Какие факторы влияют на повышение тактовой частоты
Как долго ЦП может удерживать свою повышенную тактовую частоту, а также то, насколько высоко может подняться эта частота, зависит от следующих факторов:
-
Его аппаратными возможностями, определенными производителем
Точная частота разгона, заявленная производителем, не всегда соответствует реальности. Это лишь базовое измерение, показывающее, насколько высокой может быть максимальная тактовая частота Boost в идеальных условиях.
Перед выпуском каждое ядро процессора проходит тщательные испытания. Алгоритмы повышения производительности направлены на ускорение лучших, почти идеальных ядер, так как они способны работать на более высоких тактовых частотах при меньшем энергопотреблении по сравнению с другими ядрами.
Однако даже незначительные дефекты могут влиять на тактовую частоту остальных ядер, поэтому итоговая повышенная и базовая тактовые частоты всех ядер могут заметно различаться.
-
Количество форсированных ядер
Чтобы увеличить производительность одного или нескольких активных ядер, центральный процессор (ЦП) может снизить тактовую частоту остальных ядер. Это позволяет высвободить тепловой и энергетический потенциал, который можно направить на ускорение ядер, работающих на более высоких частотах.
Чем больше количество ядер, тем меньше увеличение частоты для каждого из них.
Например, процессор Intel Core i9 11900K, относящийся к 11-му поколению, может увеличивать частоту до 5,3 ГГц на двух ядрах, но при использовании всех ядер его максимальная частота составляет лишь 4,7 ГГц.
-
Тепловые возможности процессорного кулера
Возможно, наиболее важным фактором с точки зрения поддержания повышенной тактовой частоты процессора является решение для охлаждения процессора и корпуса в целом.
Чем больше тепловой запас у процессора, тем больше он может увеличивать свои частоты по сравнению с базовыми уровнями.
Помните, что в отличие от ручного разгона, когда вы можете установить тактовую частоту на небезопасный уровень, повышение тактовой частоты увеличивает тактовую частоту до максимально безопасного уровня работы, определенного производителем.
-
VRM материнских плат и мощность блока питания
При разгоне процессор может потреблять гораздо больше энергии, чем при работе на базовых тактовых частотах. В то время как AMD практически не выходит за заявленные пределы мощности, Intel часто превышает их в 2-3 раза.
Это связано с тем, как производители материнских плат используют настройки авторазгона по умолчанию в BIOS. Такой разгон обеспечивает более высокую производительность, но требует дополнительного расхода энергии и выделения тепла.
Вся эта дополнительная мощность должна быть обеспечена блоком питания и направлена через материнскую плату и её VRM. Если какой-либо из этих компонентов не сможет справиться с задачей, процессор не сможет достичь заявленных тактовых частот.
Почему сильно различаются базовая и повышенная частота
Базовая и ускоренная тактовая частота могут различаться как в рамках одного процессора, так и между различными моделями.
Цель создания вариаций моделей – сегментировать рынок и сделать процессоры доступными для широкого круга пользователей и ценовых категорий.
Производитель устанавливает тактовые частоты, а также другие параметры, такие как количество ядер и потоков, с помощью процесса, называемого биннингом.
Не весь производимый кремний идеален. Некоторые чипы могут работать на более высоких тактовых частотах в рамках установленного «бюджета мощности», в то время как другие способны функционировать только на более низких частотах в том же диапазоне. Из первых могут быть созданы процессоры с отличными базовыми и повышенными частотами, а вторые обычно относятся к более доступным SKU, где тактовая частота снижена.
Что касается базовых и ускоренных тактовых частот в пределах одного процессора, то они могут различаться в зависимости от температурных режимов, окружающей температуры, подачи питания и рабочей нагрузки.
Процессор ноутбука обычно имеет гораздо более низкие базовые частоты, что позволяет ему потреблять меньше энергии и не разряжать аккумулятор ноутбука мгновенно.
Процессоры для настольных ПК, как правило, обладают более высокими базовыми и ускоренными частотами, так как они имеют более мощные блоки питания, не ограниченные аккумулятором. Кроме того, у них есть место для размещения более мощных и громоздких процессорных кулеров, которые легко справляются с более высокими тактовыми частотами.
Серверные и HEDT-процессоры, имеющие гораздо больше ядер, ориентированы на стабильность и обычно не работают на таких высоких частотах, как обычные потребительские процессоры. Их основная цель — обеспечить большое количество ядер и производительность в рамках разумного бюджета мощности без ущерба для стабильности.
Тактовые частоты процессоров Intel и AMD
У Intel и AMD разные архитектуры ЦП, что также отражается в их разных маркетинговых стратегиях.
Процессоры AMD достигают большего количества ядер, лучшего IPC и большего кэша (на момент написания), в то время как процессоры Intel могут похвастаться более высокой одноядерной и повышенной тактовой частотой.
Почему тактовая частота Intel Boost намного выше?
Intel позиционирует свои процессоры как имеющие самую высокую одноядерную производительность на потребительском рынке. Intel специально продвигает архитектуру, предназначенную для задач, которые выигрывают от одноядерной производительности.
В качестве примера давайте сравним текущий процессор Intel i9-11900K с процессором AMD Ryzen 9 5900X по аналогичной цене.
ЦП Intel 11-го поколения имеет базовую частоту 3,5 ГГц и повышенную частоту 5,3 ГГц по сравнению с базовой частотой 3,7 ГГц и повышенной частотой 4,8 ГГц у R9 5900X.
Однако, процессор AMD имеет на 50% больше ядер и потоков, в четыре раза больше кэш-памяти и требует на 16% меньше энергии для работы.
Поскольку тактовые частоты не говорят вам точно, насколько быстр процессор, и должны быть умножены на то, сколько данный ЦП способен делать за такт (IPC), процессоры Intel часто продаются так, чтобы быть лучше, чем AMD, что не всегда так.
В конце концов, чтобы найти самый быстрый процессор, вам всегда нужно сравнивать их в соответствующих тестах и реальных приложениях, а не поддаваться маркетинговым заявлениям и кричащим цифрам.
Intel Turbo Boost
Что позволяет процессорам Intel достигать таких высоких тактовых частот, так это встроенные технологии, оптимизированные для этой задачи. Intel называет их технологиями Turbo Boost.
Полученные в результате максимальные скорости Turbo Boost повышаются за счёт технологии Intel Turbo Boost Max 3.0 и частоты Intel Thermal Velocity Boost (оба применяются автоматически в зависимости от рабочей нагрузки).
Наивысшая метрика, достигнутая этими технологиями, называется в Intel максимальной турбочастотой процессора.
AMD Precision Boost Overdrive
Хотя AMD использует метод, аналогичный технологии Intel Turbo Boost, для повышения тактовой частоты (хотя, возможно, не такой продвинутый, как их Thermal Velocity Boost), они называют этот процесс Precision Boost Overdrive и Precision Boost 2.
Опять же, датчики ЦП используются для контроля температуры, количества активных ядер и энергопотребления (среди прочих факторов), чтобы в случае необходимости увеличить базовую тактовую частоту до максимально возможного значения.
Приведенный выше график также иллюстрирует, как повышенные частоты могут стать менее мощными, если требуется разгон больше числа ядер.
Что важнее – базовая или повышенная частота процессора
Что для вас важнее: базовая или ускоренная тактовая частота? Ответ на этот вопрос зависит от характера вашей работы, бюджета и системы охлаждения вашего компьютера. Очевидно, что более высокая тактовая частота также означает более высокую производительность на одно ядро.
Какие рабочие нагрузки зависят от базовой тактовой частоты?
Практическое правило гласит: для задач, требующих многоядерной обработки и стабильной/постоянной скорости, предпочтительнее процессоры с более высокими базовыми тактовыми частотами.
Это означает, что любые нетребовательные рабочие нагрузки, такие как рендеринг на центральном процессоре, 3D-рендеринг, видеорендеринг и задачи обработки эффектов, в конечном итоге выиграют от повышения базовой тактовой частоты.
Однако стоит учесть, что более высокие базовые тактовые частоты обычно требуют больше энергии (имеют более высокий TDP) и, следовательно, сокращают время автономной работы на мобильных устройствах, таких как ноутбуки.
Какие рабочие нагрузки выигрывают от повышенных частот?
Именно активные рабочие нагрузки получат наибольшую выгоду от высокой одноядерной производительности в турбо-режиме. Такие приложения относятся к категории так называемых пакетных рабочих нагрузок, требующих кратковременных всплесков производительности центрального процессора для заметного повышения производительности и плавности.
Любые приложения, используемые для создания контента, такие как 3D-моделирование, редактирование фотографий, иллюстрирование, системы автоматизированного проектирования и другие, практически не требуют производительности в режиме ожидания. Однако они нуждаются в кратковременных всплесках при взаимодействии с окном просмотра и пользовательским интерфейсом.
Задачи, такие как использование кистей, преобразование объектов, воспроизведение 3D-анимации, изменение кривой CAD или редактирование отдельных кадров на временной шкале, зависят от производительности одного ядра.
Активные рабочие нагрузки, которые могут выиграть от высокой тактовой частоты, включают:
- Активную работу по дизайну движения (After Effects, Cinema 4D, 3ds Max, Blender); Активное 3D-моделирование (Autocad, Solidworks, Revit, Inventor);
- Активное редактирование видео (Premiere Pro, DaVinci Resolve);
- Игры и другие.
Другие факторы, которые следует учитывать
Как упоминалось ранее, тактовые частоты ЦП не всегда напрямую связаны с производительностью процессора.
В зависимости от вашей рабочей нагрузки другие факторы, такие как IPC (количество инструкций за цикл), архитектура или кэш-память ЦП, могут дать ЦП с более низкой тактовой частотой преимущество над процессором с гораздо более высокой тактовой частотой.
Возьмём, к примеру, игры 1080p. Теоретически Intel Core i9-11900K должен превзойти Ryzen 7 5800X, учитывая, что он имеет огромное преимущество в повышении тактовой частоты, несмотря на идентичное количество ядер и потоков.
Однако тесты показывают, что i9-11900K отстаёт от R7 5800X на 5 кадров в секунду, в среднем, по 10 играм. Подобные результаты были получены для других процессов, начиная от Photoshop и заканчивая Premiere Pro и даже After Effects.
Всегда ищите эталонные тесты для своих рабочих нагрузок/приложений и сравнивайте производительность ЦП, которые вы рассматриваете для своей следующей рабочей станции, а не просто просматривайте их спецификации на бумаге.
Вывод
Базовая и повышенная тактовые частоты и количество ядер могут дать вам представление о том, для каких типов рабочих нагрузок предназначен ЦП. Вы также можете использовать тактовые частоты для сравнения процессоров одного поколения.
Однако, одних только тактовых частот недостаточно для сравнения процессоров разных производителей или разных поколений. Всегда используйте бенчмарки и реальные тесты, чтобы найти лучший процессор для ваших нужд.
Базовая тактовая частота говорит вам только о том, что процессор может выдержать при надлежащем охлаждении всех ядер, а ускорение говорит вам, чего он может достичь, если есть некоторый запас мощности и охлаждения.
Всё остальное зависит от тестов и независимых тестировщиков.
