Moderní počítačové procesory neustále mění svou pracovní frekvenci (a napětí) v závislosti na pracovní zátěži. U procesorů Intel to často řeší operační systém, který bude od procesoru vyžadovat určitou úroveň výkonu, známou jako Performance State nebo P-State. Procesor poté upraví své frekvence a úrovně napětí tak, aby vyhovovaly způsobem DVFS (dynamické škálování napětí a frekvence), ale pouze v P-stavech stanovených v době výroby. Zatímco pro výkon by bylo nejlepší provozovat systém neustále na maximum, kvůli vysokému napětí je to nejméně efektivní způsob běhu procesoru a plýtvání z hlediska spotřebované energie, což u mobilních zařízení znamená kratší baterii životnost nebo tepelné škrcení. U modelu P-stavu může operační systém pro zvýšení efektivity vyžadovat nižší P-stavy, aby šetřil energii, ale pokud úloha vyžaduje vyšší výkon a rozpočty na napájení/tepel jsou dostatečné, lze P-stav změnit. ubytovat se. Tato 'technologie' na procesorech Intel se historicky nazývala 'Speed Step'.
S Skylake, nejnovější 6. generací Core procesorů Intel, se to mění. Procesor byl navržen tak, že pomocí správných příkazů může operační systém předat řízení frekvence a napětí zpět procesoru. Intel tuto technologii nazývá „Speed Shift“. O Speed Shift jsme diskutovali dříve v Ianově analýze architektury Skylake, ale navzdory hloubkovému rozhovoru od Intelu Speed Shift v době uvedení procesorů znatelně chyběl. To je způsobeno jedním z požadavků na Speed Shift - vyžaduje podporu operačního systému, aby bylo možné předat řízení výkonu procesoru CPU, a Intel musel spolupracovat s Microsoftem, aby tuto funkci umožnil ve Windows 10. Od této chvíle nikdo s procesorem Skylake ve skutečnosti nezískává výhody této technologie, alespoň nyní. V listopadu bude vydána oprava pro Windows 10, která tuto funkci umožní, ale stojí za zmínku, že bude chvíli trvat, než se zavede do nových nákupů Windows 10.
Ve srovnání s přechody Speed Step / P-state mění nová terminologie Speed Shift od Intelu hru tím, že operační systém přenechává část nebo veškerou kontrolu nad P-stavy a předává tuto kontrolu procesoru. To má několik znatelných výhod. Zaprvé, pro procesor je mnohem rychlejší řídit náběh nahoru a dolů ve frekvenci ve srovnání s ovládáním OS. Za druhé, procesor má mnohem jemnější kontrolu nad svými stavy, což mu umožňuje zvolit nejoptimálnější úroveň výkonu pro danou úlohu, a proto ve výsledku spotřebovává méně energie. Specifické skoky ve frekvenci jsou sníženy na přibližně 1 ms s řízením CPU Speed Shift z 20-30 ms při ovládání OS a přechod z efektivního stavu napájení na maximální výkon lze provést přibližně za 35 ms, ve srovnání s přibližně 100 ms se starší implementací. . Jak je vidět na obrázcích níže, žádná technologie nemůže okamžitě přeskočit z nízké úrovně na vysokou, protože pro udržení koherence dat prostřednictvím změn frekvence/napětí existuje prvek gradientu, jak jsou data přeskupována.
Schopnost rychle zvýšit výkon se provádí za účelem zvýšení celkové odezvy systému, spíše než zdržování se na nižších frekvencích čekáním, až OS předá příkazy přes vrstvu překladu. Speed Shift nemůže zvýšit absolutní maximální výkon, ale u krátkých pracovních zátěží, které vyžadují krátký nárůst výkonu, může mít velký rozdíl v tom, jak rychle bude daný úkol proveden. V konečném důsledku mnoho z toho, co děláme, spadá spíše do této kategorie, jako je procházení webu nebo kancelářská práce. Například procházení webu je o rychlém načtení stránky a následném uvedení procesoru zpět do nečinnosti.
Pro tuto krátkou část nám společnost Intel mohla poskytnout opravu systému Windows 10 pro Speed Shift s předstihem, abychom mohli otestovat a zjistit, jakých přínosů může dosáhnout. To nám dává poněkud jedinečnou situaci, protože můžeme izolovat tuto jednu proměnnou na novém procesoru a měřit její dopad na různé pracovní zátěže.
Pro testování funkce Speed Shift jsem vybral několik úloh s pracovní zátěží, která by mohla vykazovat určitý přínos z funkce Speed Shift. Testy, při kterých běží procesor na maximální frekvenci po dlouhou dobu, neprokážou žádný významný zisk, protože v těchto případech nejste omezeni odezvou procesoru. Prvním testem je PCMark 8, což je benchmark, který se pokouší reprezentovat úkoly v reálném životě a pracovní zátěž není konstantní. Kromě toho jsem systém prošel několika testy Javascript, což je nejlepší scénář pro něco jako Speed Shift, protože procesor musí rychle dokončit úkol, aby vám umožnil užívat si web.
Dotyčný procesor je Intel Core i7-6600U se základní frekvencí 2,6 GHz a turbo frekvencí 3,4 GHz. Navzdory tomu, že základní frekvence je na krabici ohodnocena na 2,6 GHz, může procesor při nečinnosti přejít až na 400 MHz, takže rychlý nárůst by mohl mít velký dopad i na procesory Skylake řady U. Odhaduji, že to bude ještě výhodnější pro části jádra řady Y m3/m5/m7, protože mají větší dynamický rozsah a obvykle více tepelných omezení.
PCMark 8
Test Home i Work ukazuje velmi malý zisk s povoleným Speed Shift. Délka těchto benchmarků, které se pohybují mezi 30 a 50 minutami, by pravděpodobně zakryla jakékoli zisky při krátkém pracovním zatížení. Myslím, že to ilustruje, že Speed Shift je jen další nástroj a ne svatý grál pro výkon. Zisk na Home je těsně pod 3 % a rozdíl na Work testu je zanedbatelný.
Testy JavaScriptu
JavaScript je jedním z případů použití, kdy se hra nazývá krátkým nárazovým pracovním zatížením, a zde má Speed Shift mnohem větší dopad. Všechny testy byly provedeny s prohlížečem Microsoft Edge.
Čas na dokončení testu Kraken 1.1 je ovlivněn nejméně, s pouhým 2,6% nárůstem výkonu, ale skóre Octane ukazuje více než 4% nárůst. Velkou výhrou je však WebXPRT. WebXPRT zahrnuje dílčí testy a zejména dílčí test Photo Enhancement může zaznamenat až 50% zlepšení výkonu. To výrazně zvyšuje skóre, WebXPRT 2015 vykazuje téměř 20% nárůst skóre a WebXPRT 2013 má 26% zisk. Tyto skoky ve výkonu jsou určitě takové, jaké by si mohl všimnout koncový uživatel, který manipuluje s fotografiemi v něčem jako Picasa nebo sleduje úpravy grafů na webových stránkách, jako jsou živé zdroje.
Spotřeba energie
Druhou stranou mince je spotřeba energie. Mít procesor, který dokáže rychle naběhnout na svou maximální frekvenci, může znamenat, že bude spotřebovávat více energie kvůli většímu trestu za zvýšení napětí, ale pokud dokáže úlohu rychle dokončit a znovu se vrátit do nečinnosti, existuje možnost být efektivnější, když je práce hotová za 10 s milisekundy, spíše než za 100 s milisekundy, protože frekvence se zvyšuje a zase klesá, než se stará metoda P-stavu rozhodla něco udělat. Princip „pracujte rychle, skončete hned“ byl páteří strategie Intel „Race To Sleep“ během éry ultrabooků a soustředil se na impuls výkonu souvisejícího s odezvou, nicméně snaha o výdrž baterie znamená, že efektivita má tendenci být důležitější. , zvláště když se zařízení a baterie zmenšují.
Vzhledem k tomu, jak fungují moderní procesory, nemáme nástroje k přímému měření výkonu SoC. Intel nám řekl, že Speed Shift příliš neovlivňuje životnost baterie, tak či onak, takže abych to ověřil, provedl jsem náš lehký test výdrže baterie s deaktivovanou a povolenou možností.
Tato úloha je pravděpodobně jedním z nejlepších scénářů pro Speed Shift. Spočívá ve spuštění čtyř webových stránek za minutu, mezi nimiž je spousta nečinnosti. Ačkoli se zdá, že rychlostní posun má nepatrnou výhodu, je velmi malý a v tomto testu by spadal do meze chyb. Některé úkoly mohou zaznamenat mírné zlepšení účinnosti a jiné mohou zaznamenat mírnou regresi, ale Speed Shift je méně nástrojem pro úsporu energie než jiné kousky Skylake. Když se na to podíváme z jiného úhlu, pokud by například XPS 13 se Skylake měl získat 15 hodin výdrže baterie, Speed Shift by změnil výsledek pouze o 7 minut. Rychlost odezvy se zvyšuje, ale čistá spotřeba energie zůstává přibližně stejná.
Závěrečná slova
U Skylake sice nedošlo k velkému skoku v taktovacím výkonu, na který jsme byli zvyklí u nových mikroarchitektur Intel, ale když se podíváte na celkový balíček, došlo slušný čistý zisk ve výkonu v kombinaci s novými technologiemi. Například schopnost udržovat vyšší Turbo frekvence na více jádrech zvýšila výkon na skladě více než menší zisky IPC.
Speed Shift je jen jedna malá část celkového nárůstu výkonu, na kterou jsme se dosud nemohli podívat. Vede to k docela velkým ziskům při dokončování úkolů, pokud jsou pracovní zátěže nárazové a dostatečně krátké na to, aby to změnilo. Nedokáže zvýšit absolutní výkon procesoru, ale dokáže jej dostat na maximální výkon za mnohem kratší dobu a také jej rychleji dostat zpět do nečinnosti. Intel to účtuje jako zlepšenou odezvu a je docela jasné, že toho dosáhli.
Jeden chybějící odkaz je podpora operačního systému. Bylo nám řečeno, že oprava, která to umožní, přichází na Windows 10 v listopadu. Zatímco tento krátký článek se zabývá tím, co může Speed Shift přinést na stůl, pokud jde o výkon, pokud si chcete přečíst více o tom, jak je implementován, podívejte se na analýzu architektury Skylake, která jde podrobněji.
Aktualizace: Daniel Rubino ve Windows Central testoval nejnovější Windows 10 Insider build 10586 a zdá se, že umožňuje Speed Shift na jeho Surface Pro 4, což je v souladu s listopadovou časovou osou, kterou jsme byli pokud.
