Что такое рост кэш
Влияние кэша L3 на производительность процессоров Intel
Содержание
Содержание
Проверяем, какое влияние оказывает объём L3 Cache на производительность процессоров Intel Core 10 серии как в рабочих приложениях, так и в играх. Выясняем, почему нельзя использовать старшие процессоры для эмуляции младших моделей.
Что такое кэш процессора и зачем он нужен
Кэш процессора – это очень быстрая память. Он выполняет функцию буфера (временного хранения данных), из которого процессор очень быстро может получить необходимую для обработки информацию.
Современные процессоры, будь то Intel или AMD, в основном имеет 3 уровня кэша:
В многоядерных процессорах каждое ядро имеет выделенный кэш L1 и L2 Cache, а вот к L3 Cache чье влияние на производительность мы и будем сегодня изучать имеют доступ все ядра процессора.
Когда процессору необходимо получить данные, поиск он начинает с кэша первого уровня. Если нужной информации в нем нет, он повторяет поиск в кэше второго и третьего уровня что несколько увеличивает время на выполнение операции. Если поиск завершился неудачей процессору приходится обращаться к оперативной памяти что значительно увеличивает время выполнение операции.
Именно поэтому чем больше объём кэша, тем больше вероятность нахождения в нем нужных данных, а значит сократить задержек. Но и у большого кэша есть и свои минусы, о которых чуть позже.
Более подробно о работе кэша процессора и зачем он нужен можно ознакомиться в статье «Что такое кэш в процессоре и зачем он нужен»
В тестировании участвую 4 процессора Intel из 10 серии:
Чтобы измерить именно влияние объёма L3 Cache на производительность процессора, зафиксируем частоту ядер всех участников на отметке 4000 MHz, а у старших моделей дополнительно отключим ядра, чтобы конфигурация ядер всех участников составила 4 ядра с HT, как и у младшей модели intel Core i3.
Частота контроллера памяти во всех случаях составила 3400 MHz. Оперативная память работала на частоте 2133 MHz по стандарту JEDEC c таймингами 15-15-15-36 CR2.
Тестовая конфигурация
Тестирование в бенчмарках
В Aida64 Cache and Memory Benchmark разный объём L3 Cache оказывает незначительное влияние на прописную способность памяти, также можно заметить, что процессор с более больший кэш 3 уровня несколько отстает по скорости и задержкам от своих младших собратьев с меньшем кэшем.
Бенчмарк CPU-Z как и Geekbench 5 не питает большой любви к объёму кэша, хоть и прослеживается незначительное изменение в производительности.
Похожая картина наблюдается и в бенчмарке 3DMark Time Spy.
А вот программы архивации, в частности, WinRAR, отдают предпочтение процессору с большим кэшем, разница в производительности доходит до 35 %.
7-Zip также положительно откликается на увеличение объёма кэша, разница между моделью i3 с L3 Cache 6 mb и процессором i9 L3 Cache 20 mb составляет порядка 20 % в операциях упаковки.
Получив такую неоднозначную реакцию бенчмарков на объём кэша третьего уровня, переходим к тестированию в играх.
Тестирование в играх
Скандинавская сага о набегах викингов хорошо откликается на изменение объёма L3 кэша, и если переход от процессора с 6 мегабайтами кэша на 12 кажется не столь значительным, то переход на модель i9 c 20 мегабайтами кэша 3 уровня составляет уже 15%.
Подобная картина наблюдается во всех протестированных играх, где-то влияние больше где-то меньше, но оно безусловно.
Это еще раз доказывает факт того что использовать для тестирования необходимо оригинальные модели процессоров а не старшую модель для эмуляции младших путем отключения ядер процессора в биос материнской платы.
Выводы
Изменение объёма кэша 3 уровня положительно сказывается на игровой производительности процессора. Большинство протестированных программ практически не реагируют на его изменение, исключением являются программы-архиваторы.
В целом объем кэша 3 уровня играет немалую роль в производительности процессора, но самостоятельно пользователь увеличить его объем, увы, не сможет.
Выход процессоров AMD Zen 2 с увеличенным до 32 мегабайт кэшем 3 уровня должен был заставить инженеров Intel задуматься, ведь процессор intel Core i3 10100 c кэшем 3 уровня 20 мегабайт мог бы составить конкуренцию даже процессорам Ryzen 5000 серии.
В то же время у большого кэша есть и недостатки — это большая площадь, занимаемая на подложке, и возросшие задержки, но эти недостатки не кажутся такими серьезными на фоне роста производительности.
Кэш-память процессора
Кэш-память играет важную роль. Без нее от высокой тактовой частоты процессора не было бы никакого проку. Кэш позволяет использовать в компьютере любую, даже самую «медленную» оперативную память, без ощутимого ущерба для его производительности.
О том, что такое кэш-память процессора, как она работает и какое влияние оказывает на быстродействие компьютера, читатель узнает из этой статьи.
Содержание статьи
Что такое кэш-память процессора
Решая любую задачу, процессор компьютера получает из оперативной памяти необходимые блоки информации. Обработав их, он записывает в память результаты вычислений и получает для обработки следующие блоки. Это продолжается, пока задача не будет выполнена.
Все упомянутые операции производятся на очень высокой скорости. Однако, даже самая быстрая оперативная память работает медленнее любого «неторопливого» процессора. Каждое считывание из нее информации и обратная ее запись отнимают много времени. В среднем, скорость работы оперативной памяти в 16 – 17 раз ниже скорости процессора.
Не смотря на такой дисбаланс, процессор не простаивает и не ожидает каждый раз, когда оперативная память «выдает» или «принимает» данные. Он почти всегда работает на максимальной скорости. И все благодаря наличию у него кэш-памяти.
Кэш-память процессора – это небольшая, но очень быстрая память. Она встроена в процессор и является своеобразным буфером, сглаживающим перебои в обмене данными с более медленной оперативной памятью. Кэш-память часто называют сверхоперативной памятью.
Кэш нужен не только для выравнивания дисбаланса скорости. Процессор обрабатывает данные более мелкими порциями, чем те, в которых они хранятся в оперативной памяти. Поэтому кэш-память играет еще и роль своеобразного места для «перепаковки» и временного хранения информации перед ее передачей процессору, а также возвращением результатов обработки в оперативную память.
Устройство кэш-памяти процессора
Контроллер кэш памяти
Контроллер кэш памяти – это устройство, управляющее содержанием кэша, получением необходимой информации из оперативной памяти, передачей ее процессору, а также возвращением в оперативную память результатов вычислений.
Когда ядро процессора обращается к контроллеру за какими-то данными, тот проверяет, есть ли эти данные в кэш-памяти. Если это так, ядру моментально отдается информация из кэша (происходит так называемое кэш-попадание).
В противном случае ядру приходится ожидать поступления данных из медленной оперативной памяти. Ситуация, когда в кэше не оказывается нужных данных, называется кэш-промахом.
Задача контроллера – сделать так, чтобы кэш-промахи происходили как можно реже, а в идеале – чтобы их не было вообще.
Размер кэша процессора по сравнению с размером оперативной памяти несоизмеримо мал. В нем может находиться лишь копия крошечной части данных, хранимых в оперативной памяти. Но, не смотря на это, контроллер допускает кэш-промахи не часто. Эффективность его работы определяется несколькими факторами:
• размером и структурой кэш-памяти (чем больше ресурсов имеет в своем распоряжении контроллер, тем ниже вероятность кэш-промаха);
• эффективностью алгоритмов, по которым контроллер определяет, какая именно информация понадобится процессору в следующий момент времени;
• сложностью и количеством задач, одновременно решаемых процессором. Чем сложнее задачи и чем их больше, тем чаще «ошибается» контроллер.
Кэш-память процессора
Однако, эта скорость зависит также от объема конкретной микросхемы. Чем значительней объем микросхемы, тем сложнее обеспечить высокую скорость ее работы.
Учитывая указанную особенность, кэш-память процессора изготовляют в виде нескольких небольших блоков, называемых уровнями. В большинстве процессоров используется трехуровневая система кэша:
Количество микросхем памяти L1 в процессоре, как правило, равно количеству его ядер. Каждое ядро имеет доступ только к своей микросхеме L1.
• Кэш-память второго уровня (L2) немного медленнее кэш-памяти L1, но и объем ее более существенный (несколько сотен килобайт). Служит она для временного хранения важной информации, вероятность запроса которой ниже, чем у информации, находящейся в L1.
• Кэш-память третьего уровня (L3) – еще более объемная, но и более медленная схема памяти. Тем не менее, она значительно быстрее оперативной памяти. Ее размер может достигать нескольких десятков мегабайт. В отличие от L1 и L2, она является общей для всех ядер процессора.
Уровень L3 служит для временного хранения важных данных с относительно низкой вероятностью запроса, а также для обеспечения взаимодействия ядер процессора между собой.
Встречаются также процессоры с двухуровневой кэш-памятью. В них L2 совмещает в себе функции L2 и L3.
Влияние кэш-памяти процессора на быстродействие компьютера
Указанные показатели касаются простых задач. С повышением нагрузки на процессор число кэш-промахов увеличивается.
Эффективность кэш-памяти процессора сводит к минимуму влияние скорости оперативной памяти на быстродействие компьютера. Например, компьютер одинаково хорошо будет работать с оперативной памятью 1066 МГц и 2400 МГц. При прочих равных условиях разница производительности в большинстве приложений не превысит 5%.
Пытаясь оценить эффективность кэш-памяти, пользователи чаще всего ищут ответы на следующие вопросы:
Какая структура кэш-памяти лучше: двух- или трехуровневая?
Трехуровневая кэш-память более эффективна.
Чтобы определить, как сильно L3 влияет на работу процессора, сайтом Tom’s Hardware был проведен эксперимент. Заключался он в замере производительности процессоров Athlon II X4 и Phenom II X4. Оба процессора оснащены одинаковыми ядрами. Первый отличается от второго лишь отсутствием кэш-памяти L3 и более низкой тактовой частотой.
Приведя частоты обеих процессоров к одинаковому показателю, было установлено, что наличие кэш-памяти L3 повышает производительность процессора Phenom на 5,8 %. Но это средний показатель. В одних приложениях он был почти равен нулю (офисные программы), в других – достигал 8% и даже больше (компьютерные 3D игры, архиваторы и др.).
Как влияет размер кэша на производительность процессора?
Оценивая размер кэш-памяти, нужно учитывать характеристики процессора и круг решаемых им задач.
Кэш-память двуядерного процессора редко превышает 3 MB. Тем более, если его тактовая частота ниже 3 Ггц. Производители прекрасно понимают, что дальнейшее увеличение размера кэша такого процессора не принесет прироста производительности, зато существенно повысит его стоимость.
Другое дело высокочастотные 4-, 6- или даже 8-миядерные процессоры. Некоторые из них (например, Intel Core i7) поддерживают технологию Hyper Threading, обеспечивающую одновременное выполнение каждым ядром двух задач. Естественно, что потенциал таких процессоров не может быть раскрыт с маленьким кэшем. Поэтому его увеличение до 15 или даже 20 MB вполне оправдано.
В процессорах Intel алгоритм наполнения кэш-памяти построен по так называемой инклюзивной схеме, когда содержимое кэшей верхнего уровня (L1, L2) полностью или частично дублируется в кэше нижнего уровня (L3). Это в определенной степени уменьшает полезный объем его пространства. С другой стороны, инклюзивная схема позитивно сказывается на взаимодействии ядер процессора между собой.
В целом же, эксперименты свидетельствуют, что в среднестатистическом «домашнем» процессоре влияние размера кэша на производительность находится в пределах 10 %, и его вполне можно компенсировать, например, высокой частотой.
Эффект от большого кэша наиболее ощутим при использовании архиваторов, в 3D играх, во время кодирования видео. В «не тяжелых» же приложениях разница стремится к нулю (офисные программы, интернет-серфинг, работа с фотографиями, прослушивание музыки и др.).
Многоядерные процессоры с большим кэшем необходимы на компьютерах, предназначенных для выполнения многопоточных приложений, одновременного решения нескольких сложных задач.
Особенно актуально это для серверов с высокой посещаемостью. В некоторых высоконагружаемых серверах и суперкомпьютерах предусмотрена даже установка кэш-памяти четвертого уровня (L4). Изготавливается она в виде отдельных микросхем, подключаемых к материнской плате.
Как узнать размер кэш-памяти процессора?
Существуют специальные программы, предоставляющие подробную информацию о процессоре компьютера, в том числе и о его кэш-памяти. Одной из них является программа CPU-Z.
Программа не требует установки. После ее запуска нужно перейти на вкладку «Caches» (см. изображение).
На примере видно, что проверяемый процессор оснащен трехуровневой кэш-памятью. Размер кэша L3 у него составляет 3 MB, L2 – 512 KB (256×2), L1 – 128 KB (32×2+32×2).
Можно ли как-то увеличить кэш-память процессора?
Как уже было сказано в одном из предыдущих пунктов, возможность увеличения кэш-памяти процессора предусмотрена в некоторых серверах и суперкомпьютерах, путем ее подключения к материнской плате.
В домашних же или офисных компьютерах такая возможность отсутствует. Кэш-память является внутренней неотъемлемой частью процессора, имеет очень маленькие физические размеры и не подлежит замене. А на обычных материнских платах нет разъемов для подключения дополнительной кэш-памяти.
Bitcoin Cash — хорошая ли это инвестиция? (2021)
Люди со всего мира слышали о биткоине или даже использовали его. Это маяк криптовалюты, и ее невероятный бычий бег в начале 2021 года заставил ее сиять ярче, чем когда-либо. Конечно, когда существует такая криптовалюта, как Bitcoin Cash, мы не можем не задаться вопросом, связан ли он с биткоином или же с другой криптовалютой. На самом деле ответ на оба этих вопроса – да. Давайте разберемся, что такое Bitcoin Cash и является ли он хорошей инвестицией.
Что такое Bitcoin Cash?
Bitcoin Cash (BCH) был запущен в августе 2017 года в результате хардфорка блокчейна Bitcoin (BTC). Хардфорк – это, по сути, блокчейн, разделенный на две части, каждая из которых становится своей криптовалютой со своим уникальным блокчейном.
В отличие от софтфорка, который является обновлением блокчейна, где только одна из разделяющихся частей блокчейна остается действительной. Таким образом, когда произойдет форк, любой, кто держит BTC, получит такое же количество BCH.
Формирование BCH произошло в результате разногласий внутри сообщества BTC. Группы майнеров и разработчиков BTC были обеспокоены его масштабируемостью, и они не были уверены в планах блокчейна BTCпринять технологию segregated witness (SegWit).
Эти группы считали, что хотя это и необходимо (с увеличением размера сети BTC, блокчейн едва справлялся с возросшими объемами транзакций), это предлагаемое обновление не соответствует децентрализованной философии Сатоши Накамото. В результате они согласились, что единственный способ преодолеть проблему масштабируемости – это увеличить максимальный размер блока.
Поэтому был предложен хардфорк, в котором блокчейн BTC будет разделен на две части. Один из них будет обрабатывать больше транзакций с более высокой скоростью, чем BTC. Так появился BCH.
В интервью Forbes в 2019 году он сказал, что работает над «партнерством с большими компаниями, чтобы BitcoinCash был востребован в реальной коммерции для реальных людей и реального бизнеса». И он интригующе добавил, «что в конечном итоге криптовалюта превзойдет рыночную капитализацию BTC».
Как майнят Bitcoin Cash?
Технология, лежащая в основе BCH, точно такая же, как и BTC. Криптовалюта имеет блокчейн, который работает как реестр и записывает каждую транзакцию. Как и в случае с майнингом BTC, майнеры используют мощные компьютеры для решения сложных математических задач для проверки транзакций и, таким образом, добавляют новые блоки в блокчейн. За это майнеры получают вознаграждение в виде криптовалюты. Награда за блок для майнеров в настоящее время составляет 6,25 BCH после халвинга в апреле 2020 года.
Однако, несмотря на то что технология одна и та же, между этими двумя криптовалютами есть некоторые фундаментальные различия.
Bitcoin vs. Bitcoin Cash
Каковы основные различия между BTC и его хардфорком BCH?
BCH был создан из-за некоторых опасений внутри сообщества BTC относительно проблемы масштабируемости биткоина. Даже сегодня сеть BTC может обрабатывать только 7 транзакций в секунду (TPS), в то время как сеть BCH может обрабатывать значительно больше. Этот факт был обозначен как один из главных пунктов во время запуска. В то время размер блока BTC был ограничен до 1 МБ, только на старте размер блока BCH бал равен 8 МБ. С тех пор он увеличился до 32 МБ.
Большие размеры блоков BCH означают, что для их майнинга требуется больше вычислительной мощности, что, в свою очередь, означает большую стоимость. С другой стороны, это означает больше возможностей для майнеров получать комиссию за транзакции. Однако, пожалуй, самое существенное различие между блокчейнами – огромная пропасть в цене.
На момент написания статьи (14 января 2021 года) BTC стоил около 37000 долларов, а BCH – около 500 долларов. Поэтому, чтобы привлечь майнеров в сеть, сложность сети BCH должна быть ниже, чем у BTC. Но как блокчейн работает? Все работает с помощью экстренной корректировкой сложности (EDA). Этот алгоритм, встроенный в блокчейн BCH, автоматически вступает в силу при резком изменении количества майнеров.
Еще одной причиной разделения внутри сообщества BTC было то, что к нему относились скорее как к хранилищу ценности, чем к реальной валюте. Действительно, даже сегодня это вполне объяснимо. Многие СМИ по-прежнему настаивают на том, что BTC – это «цифровое золото» с ограниченным предложением. Если вы надеетесь, что его цена повысится в будущем, зачем вам использовать его, чтобы купить что-то еще? Из-за низких тарифов и короткого временем обработки, ожидается, что ВСН обгонит BTC в качестве настоящей валюты – в теории, во всяком случае. Но все ли получается так, как задумано?
Успешен ли Bitcoin Cash?
Как мы уже говорили, BCH был разрекламирован как Биткоин-плюс во время его запуска. «Биткоин…но лучше!» Итак, удалось ли добиться оглушительного успеха, на который надеялись его создатели? Ну…не совсем. Его разработчикам пришлось столкнуться с несколькими проблемами, которые в конечном итоге повлияли на его цену и успех криптовалюты на протяжении всей ее короткой жизни.
Хардфорки Bitcoin Cash
Хотите верьте, хотите нет, но у BCH тоже был хардфорк! На самом деле, не один раз. Первый из них был запущен в ноябре 2018 года, когда блокчейн раскололся, а также была сформирована новая криптовалюта – Bitcoin SV. «SV» расшифровывается как «видение Сатоши». Сатоши Накамото – создатель биткоина.
Подобно первоначальному форку BTC, форк BCH возник из-за спора между разработчиками о направлении блокчейна, описанного как «гражданская война» между различными частями сообщества BCH. По сути, все сводилось к размеру блока. С одной стороны, Роджер Вер и компания хотели сохранить размер блока в 8 МБ. С другой стороны, был Крейг Стивен Райт и компания, которые хотели увеличить размер блока до 128 МБ.
Дальнейшие разделения цепи происходили каждые шесть месяцев, что привело к обновлению сети. Однако даже фанат BCH Роджер Вер выразил свое недовольство этим, заявив, что запланированные «спорные хардфорки» — это «большая проблема» и что он «хотел бы, чтобы это закончилось». Регулярные хардфорки, как правило, не рассматриваются как положительное явление для криптовалюты, поскольку они дестабилизируют систему. Действительно, так и случилось с BCH. Это отразилось на его цене, об этом мы говорим далее в статье.
Угроза атаки 51%
Угроза атаки 51% подняла вопросы о безопасности блокчейна BCH. Такое событие происходит, когда группы майнеров могут получить более половины мощности хеширования блокчейна и, таким образом, взять контроль над сетью. Если посмотреть на сеть BTC, то это довольно маловероятно из-за огромного количества мощности хеширования и затрат, связанных с проведением такой атаки. Однако атака 51% случалась с другими блокчейнами в прошлом, включая Bitcoin Gold в 2018 году, когда злоумышленники украли криптовалюту на сумму 18 миллионов долларов.
Хотя этого не произошло на блокчейне BCH, появились опасения. В апреле 2020 года произошел халвинг BCH, вознаграждение майнеров уменьшилось с 12,5 BCH до 6,25 BCH. В результате скорость хэширования сети значительно снизилась, поскольку майнеры уходили в более прибыльные предприятия. В свою очередь, это значительно снизило стоимость проведения атаки 51% (менее 10 000 долларов в час на одном этапе). К счастью, такого нападения не произошло. Тем не менее, это вызвало постоянные, тревожные вопросы в сообществе BCH, связанные с его безопасностью.
До сих пор мы были немного критичны в оценке того, был ли BCH успешным. Так был ли он успешным в какой-либо области?
Bitcoin Cash как способ оплаты
Поскольку BCH была основана с целью обеспечения постоянной и эффективной оплаты, в последние годы в этой области был достигнут определенный успех. В качестве верного признака своего растущего статуса, особенно в октябре 2020 года, BTH был включен PayPal в список криптовалют (наряду с BTC, Ethereum и Litecoin). Теперь клиенты смогут покупать и продавать товары, используя свои счета. В феврале 2020 года было подсчитано, что более 4300 магазинов по всему миру теперь принимают BCH (так что к настоящему времени это число, скорее всего, будет выше).
История Bitcoin Cash
BCH был запущен в августе 2017 года, он стоил 240 долларов. Это было время, которое совпало со знаменитым булраном. Таким образом, он быстро вырос в цене и достиг пика 20 декабря 2017 года – 4355 долларов. В начале 2018 года, как и у многих других криптовалют, произошла коррекцию. К февралю он опустился ниже 800 долларов. Однако к маю он поднялся выше отметки в 1600 долларов. По мере того, как борьба в сообществе BCH набирала силу (кульминацией которой стал хардфорк Bitcoin SV), его цена падала. Это привело к рекордному минимуму в размере 75 долларов в декабре 2018 года.
С тех пор его цена остается относительно стабильной. В период с января 2019 по январь 2021 года он не опускался ни ниже 100 долларов и не поднимался выше 500. Даже халвинг не сильно повлиял на его цену. Однако в январе 2021 года он действительно произошел скачок цен, поддержанный увеличением цен на BTC. 10 января его цена ненадолго взлетела выше отметки в 600 долларов, самой высокой цены за последние два года. Можно ли поддержать это бычье настроение?
Bitcoin Cash хорошая инвестиция?
Задавая этот вопрос, вы хотите знать, действительно ли можно получить крупную прибыль за деньги, которые вы инвестируете. Итак, что же, по мнению некоторых крипто аналитиков, произойдет с ценой BCH в ближайшие годы?
Прогнозы цены Bitcoin Cash
Как видите, прогнозы относительно ценовых перспектив BCH кажутся несколько неоднозначными, но каково же наше мнение?
Вывод
Успех криптовалют в значительной степени зависит от BTC, и BCH не является исключением. Действительно, он был известен как альткоин с одной из самых сильных ценовых корреляций с BTC. Таким образом, исторически сложилось так, что если BTC шел на булран, BCH, скорее всего, следовал за трендом, а если BTC станет медвежьим, то и BCH, скорее всего, сделает то же самое. Несмотря на то, что BCH якобы был обновлением BTC, он, скорее всего, всегда будет находиться в его тени. Дело в том, что это не BTC, и каждая криптовалюта, вероятно, будет находиться в его тени только из-за этого простого факта. По сути, BTC настолько популярен, потому что это первая и самая известная криптовалюта.
Именно там находится и, вероятно, всегда будет находиться больший процент средств и институциональных инвестиций. Разногласия внутри сообщества BCH также препятствовали его развитию. Однако, как реальная криптовалюта, которую можно тратить, ее более короткое время проведения транзакций и более значительные размеры блоков, несомненно, дают ей преимущество над BTC. По мере того как популярность валюты становится все более очевидной, и все больше людей, надеюсь, начинают действительно использовать криптовалюту, а не рассматривать ее как хранилище, это может предвещать хорошие перспективы для развития BCH. Поэтому мы довольно оптимистично относимся к долгосрочным инвестициям в BCH.