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Pourquoi les fabricants de processeurs ont-ils cessé d'augmenter la vitesse d'horloge de leurs processeurs ?

J'ai lu que les fabricants ont cessé de se concentrer sur des vitesses d'horloge plus élevées et qu'ils travaillent désormais sur d'autres éléments pour améliorer les performances.

Avec

  • un ancien ordinateur de bureau équipé d'un processeur Intel® Xeon® E3110 cadencé à 3,0 GHz.
  • et un nouveau serveur équipé du processeur AMD Opteron(TM) 6272 avec une vitesse d'horloge de 2,1 GHz.

lors de l'exécution d'une simple comparaison de cryptage en utilisant (single threaded)

 openssl aes256c

le bureau fonctionne beaucoup mieux que le serveur.

Ainsi, même avec la dernière optimisation, pourquoi le processeur avec la meilleure vitesse d'horloge est-il plus performant ?

73voto

Paul Hay Points 561

La raison pour laquelle les fabricants ont cessé de se concentrer sur l'augmentation de la vitesse d'horloge est que nous ne pouvons plus refroidir les processeurs assez rapidement pour que cela soit viable. Plus la vitesse d'horloge est élevée, plus la chaleur est générée, et nous avons atteint un stade où il n'est plus efficace d'augmenter la vitesse des processeurs en raison de la quantité d'énergie nécessaire à leur refroidissement.

Une autre réponse explique en détail qu'une vitesse d'horloge plus élevée ne signifie pas de meilleures performances dans tous les domaines.

38voto

David Spillett Points 23094

La vitesse de traitement est bien plus importante que la fréquence d'horloge.

  • Différents processeurs peuvent faire des quantités différentes dans le même nombre de cycles d'horloge, en raison de différentes variantes sur la disposition du pipeline et de la présence de plusieurs unités de composants (additionneurs, etc.) dans chaque noyau. Bien que ce ne soit pas le cas dans votre test, on constate souvent qu'une puce "plus lente" peut faire plus qu'une puce rapide (mesurée par la fréquence d'horloge uniquement) car elle est capable de faire plus par tic.

  • Le test que vous avez effectué peut être très sensible aux différences d'architecture des processeurs : il peut être optimisé pour une architecture spécifique, vous pourriez constater que les performances sont différentes non seulement entre les puces Intel et les puces AMD, mais aussi entre les puces Intel (ou AMD) de différentes familles. Il est probable qu'il n'utilise qu'un seul thread et qu'il ne tire pas parti des multiples cœurs du processeur.

  • La tendance est à la baisse de la fréquence d'horloge pour des raisons de gestion de l'énergie et de la chaleur : l'augmentation de la fréquence d'horloge n'a pas un effet linéaire sur la consommation d'énergie et la production de chaleur.

  • En raison de cette relation non linéaire, il est beaucoup plus efficace, pour les besoins actuels, de disposer de plusieurs unités de traitement que de pousser toujours plus loin la vitesse d'une unité. Cela permet également de recourir à des astuces astucieuses pour économiser de l'énergie, comme la désactivation de certains cœurs lorsqu'ils ne sont pas utilisés et leur réactivation lorsque la demande augmente à nouveau. Bien entendu, les cœurs multiples n'aident pas un algorithme à un seul fil, mais ils le feraient si vous en exécutiez deux ou plusieurs instances en même temps.

19voto

lony Points 161

Pourquoi pensez-vous que les fabricants diminuent réellement la vitesse d'horloge en comparant seulement deux processeurs ?

  1. En 6272 a une vitesse turbo de 3Ghz. La vitesse de base inférieure est juste pour réduire la puissance moyenne et garder un TDP acceptable pour un workloard lorsque tous les cœurs sont sollicités.
  2. La prochaine puce haute performance d'AMD pour les ordinateurs de bureau. FX-9590 atteindra 5 Ghz.

De plus, la vitesse d'horloge n'est pas la même chose que les performances par cycle d'horloge. Vous pouvez avoir un P4 à 3,8 Ghz contre un cœur à 3,2 Ghz d'un i7-3930K, mais cela ne signifie pas que le cœur du P4 est plus rapide.

Tout ce qui est dit ici sur la consommation d'énergie est également parfaitement valable et vrai pour une conception à 16 cœurs, où vous devez naturellement être plus préoccupé par les questions de TDP.

De plus, votre méthode de référence pour tester uniquement openssl est un peu trop simple pour donner des chiffres réels. Vous devriez peut-être essayer n'importe quelle suite de benchmark cryptographique.

13voto

DLH Points 1324

Votre cas de test (cryptage aes-256) est très sensible aux optimisations spécifiques au processeur.

Plusieurs processeurs disposent d'instructions spéciales destinées à accélérer les opérations de cryptage/décryptage. Non seulement ces instructions spéciales peuvent être présentes uniquement sur votre ordinateur de bureau, mais il se peut que le CPU AMD ait des instructions spéciales différentes. De même, il se peut qu'openssl ne supporte ces instructions spéciales que pour le CPU Intel. Avez-vous vérifié si c'était le cas ?

Pour savoir quel système est le plus rapide, essayez d'utiliser une suite de tests de référence "appropriés" - ou mieux, utilisez votre charge de travail habituelle.

10voto

MSalters Points 8049

Simple : La puce AMD est beaucoup, beaucoup plus rapide parce que c'est une puce à 16 cœurs. A 115 Watt, cela signifie que chaque cœur produit ~7 Watt. Cela ne serait pas possible si chaque cœur fonctionnait à 3 Ghz. Pour atteindre ce chiffre de 7 watts, AMD a abaissé la fréquence d'horloge. Une baisse de 10 % de la fréquence d'horloge réduit la consommation d'énergie de 20 %, ce qui permet de placer 25 % de cœurs supplémentaires sur une puce.

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