Технология Turbo Boost.

Технология Turbo Boost.

Технология Turbo Boost – узаконенный автоматический разгон процессора в зависимости от ситуации. Сущность ее в том, что при работе в приложениях, не (полностью) использующих многозадачные способности Nehalem, часть ядер отключается, а частота оставшихся – повышается, при этом центральный процессор в целом не выходит за рамки своего TDP. За счет этого достигается прирост производительности в неоптимизированных под многопоточность задачах. В четырехъядерных Core i7 (рис. 1) могут быть полностью отключены два либо три ядра, и во втором случае частота оставшегося единственного ядра будет поднята еще больше. Таким образом, речь, по сути, идет о динамическом «саморазгоне» процессора, реализованном на аппаратном уровне. Любопытное явление, ранее в истории ИТ не встречавшееся, однако, судя по всему, технология будет в дальнейшем использоваться и развиваться, так что остается только привыкать к новым возможностям.

                                    Рис. 1. Специальный блок Power Control Unit (PCU)

Для простоты рассмотрения идеи технологии Enhanced Dynamic Acceleration Technology (EDAT), возьмем случай с двухъядерным процессором. Поскольку в однопоточных приложениях от многоядерности толку мало, основную роль здесь играет производительность отдельно взятого ядра. Поэтому Intel предусмотрела увеличение частоты работающего ядра (non-idle core), в то время как второе (idle core) находится в одном из состояний бездействия C3-C6 (см. рис. 2) и его тепловыделение резко сокращается. Эту разницу использует работающее ядро и повышает свою частоту до достижения процессором граничного уровня TDP. Основные состояния ядра автоматически определяемые процессором показаны в табл. 1.

Рис. 2. Состояния энергопотребления процессора Core i7.  

Таблица 1

Примечания: 1. Если позволено условиями, то будет состояние C1E.

Смысл динамического масштабирования заключается в том, что любое ядро может быть полностью отключено, если оно не участвует в данный момент в работе. Теоретически это способствует экономии энергии. Однако если принимать во внимание, как это реально работает на уже давно существующих двухъядерных процессорах Core 2, отключение ядра не позволяет экономить всю выделявшуюся на него электроэнергию. Причина кроется в том, что возникают утечки питания. И вот - для устранения этого эффекта Intel разработала т.н. вентильные транзисторы (power gates-transistors), которые в режиме выключения обеспечивают реальное прекращение подачи питания.

Применение технологии ступенчатого управления питанием отдельными ядрами по сути поднимает другой, очень важный вопрос: Если отдельные ядра отключаются, то позволяет ли это увеличить нагрузку и расширить допустимый диапазон рабочих температур для оставшихся в работе ядер?  В отношении процессоров с архитектурой Nehalem на этот вопрос имеется однозначный ответ – «да». Intel называет этот режим "Nehalem Turbo Mode" (но не надо путать его с режимом turbo mode, применяемом для мобильных чипсетов Intel). Иначе говоря, если с отдельных ядер снимается электропитание, то для других можно увеличить их рабочую частоту, потребляя большую мощность, чем в режиме всех включенных ядер. Для отдельных процессоров частота ядра может подниматься в два-три (133–333 МГц) и даже более раз. Все зависит от используемой схемы отвода выделяющегося тепла. Эта особенность может активно применяться для временного повышения производительности при обработке программ, использующих один или два потока процессорных инструкций.

Поскольку выбор режима Turbo mode относится к уровню отдельного ядра, то возникают разнообразные комбинационные решения с включением (отключением) одного или нескольких ядер. Правда, вопрос об управлении питанием, особенно в режиме Turbo Mode, становится для Nehalem более сложным, чем раньше и именно поэтому в него встраивается специальный микропроцессорный блок, отвечающий за данную функцию.

Активация режима Turbo Mode связана с двумя обязательными условиями:

 - уровень энергопотребления должен быть ниже порогового значения (точная цифра не сообщается),

- выполняющееся приложение должно быть слабо оптимизировано под многопотоковые вычисления.

Приведем наглядный пример. На рис. 3 слева изображена работа процессорных ядер без участия Turbo Mode, т.е. все 4 ядра работают с одинаковой нагрузкой. Справа режим Turbo Mode уже активирован: два ядра полностью отключены, а другая пара ядер функционирует в режиме небольшого разгона путем поднятия коэффициента умножения процессора на 1 или 2 пункта. По аналогичной схеме осуществляется автоматический разгон процессора в случае его 100%-ной загрузки (см. рис. 4).

Рис. 3. Пример работы 4-х ядерного кристалла по технологии Turbo Modе.

Рис. 4. Пример работы 4-х ядерного кристалла по технологии Turbo Mode (при 100% загрузке 4-х ядер).

Turbo Mode не влияет на общую стабильность системы при разгоне CPU. В любом случае, данную технологию легко отключить через BIOS материнской платы.