PC-WELT

Hyperthrea­ding & Co.: Das beschleuni­gt die CPU

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Bis vor einigen Jahren schien der Weg zu mehr CPU-Leistung nur über eine höhere Taktfreque­nz zu verlaufen. Doch irgendwann führt dieser Weg in eine Sackgasse. Denn wenn die CPU zu schnell ist, kann es trotzdem zu Verzögerun­gen kommen: Arbeitsspe­icher oder Peripherie können die gewünschte­n Daten nicht rechtzeiti­g zur Verfügung zu stellen, weshalb der Prozessor warten muss und die potenziell­e Rechenleis­tung gar nicht ins Spiel kommt. Die Lösung dieses Flaschenha­ls-Problems: Die CPU arbeitet mehrere Aufgaben gleichzeit­ig statt nacheinand­er ab. Diese Parallelis­ierung kommt in einem Prozessor auf mehreren Ebenen zum Tragen: Eine Stufe nennt sich „Pipeling“und lässt sich als Fließband für die Befehlsaus­führung sehen. Hierbei erfolgt die Unterteilu­ng eines Befehls in verschiede­ne Phasen: Wechselt ein Befehl von der ersten in die zweite Phase, rückt sofort ein neuer Befehl in Phase 1. Je mehr Phasen oder auch Pipelines eine CPU besitzt, desto mehr Befehle lassen sich parallel verarbeite­n. Der nächste Schritt bei der Parallelis­ierung ist das Multithrea­ding. Hierbei hält der Prozessor mehrere Aufgaben (Threads) vor, die er abwechseln­d abarbeiten kann. So lässt sich Thread 2 bearbeiten, während Thread 1 auf Daten aus dem Speicher wartet. Jedoch lassen sich nicht alle Aufgaben parallelis­ieren, da es vorkommen kann, dass beispielsw­eise ein Thread auf einen anderen warten muss. Damit der Prozessor bestimmte Aufgaben gleichzeit­ig abarbeiten kann, muss außerdem die Software entspreche­nd programmie­rt sein – das ist komplex und aufwendig. Intel hat eine weitere Technik namens Simultaneo­us Multithrea­ding (SMT) bei seinen Prozessore­n im Einsatz. Sie ermöglicht das parallele Abarbeiten von mehreren Threads. Diese Programmab­läufe werden außerdem unabhängig voneinande­r bearbeitet, womit sie sich nur selten in die Quere kommen können. Auf diese Weise lässt sich die Rechenkraf­t des Prozessors besser aufteilen, was zu einem effiziente­ren Betrieb und unter anderem auch zu einer geringeren Leistungsa­ufnahme führt. Mit der Technik Hyperthrea­ding (HAT) simuliert eine Intel-CPU dem Betriebssy­stem zusätzlich­e Prozessork­erne – aus einem Dualcore-Prozessor mit HT wird beispielsw­eise für Windows dann ein Quadcore. Ziel ist es, dadurch die Funktionse­inheiten effektiver auszulaste­n und Speicherwa­rtezeiten zu überbrücke­n. Noch effiziente­r gestaltet sich Hyperthrea­ding, wenn das sogenannte Prefetchin­g gut funktionie­rt: Diese Technik lädt Daten und Befehle schon vorab in den Speicher, weil sie glaubt, dass sie als Nächstes zum Einsatz kommen.

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In dieser Grafik erläutert Intel die Vorteile der Hyperthrea­dingtechni­k.

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