Wyjaśnienie technologii Hyper-Threading

Hyper-Threading (HT) lub Hyper-Threading Technology (HTT) to nazwa nadana przez firmę Intel funkcji Simultaneous Multithreading (SMT) niektórych procesorów. Technologia ta poprawia wydajność poprzez powielanie niektórych sekcji procesora, które nie są wykonywane, dzięki czemu pojedynczy rdzeń procesora jest postrzegany przez system operacyjny jako dwa procesory logiczne.

System operacyjny adresuje te dwa rdzenie logiczne i rozdziela między nie obciążenie. Dzięki temu procesor może obsługiwać wiele wątków jednocześnie, zarządzając zasobami w taki sposób, aby jednostki wykonawcze były stale zajęte.

Technologia Hyper-Threading ma kilka zalet, w tym poprawę wydajności i wykorzystania zasobów, a także niezwykle ważny wzrost wydajności. Intel twierdzi, że wydajność chipów z technologią Hyper-Threading jest nawet o 30% wyższa niż chipów bez tej technologii. Nieźle jak na coś, co zwiększa powierzchnię krzemu w chipie tylko o 5%. Biorąc pod uwagę, że nowa generacja procesorów zazwyczaj zapewnia jedynie jednocyfrowe wzrosty wydajności, nie można tego lekceważyć.

Technologia Hyper-Threading nie jest jednak pozbawiona wad. Niektóre aplikacje nie tylko nie wykazują poprawy wydajności po jej włączeniu, ale mogą nawet działać gorzej. Wykazano również, że technologia Hyper-Threading wprowadza luki w zabezpieczeniach, w szczególności ataki typu side-channel, co spowodowało, że system operacyjny OpenBSD wyłączył tę funkcję ze względów bezpieczeństwa. Pojawiły się również twierdzenia, że jednoczesna wielowątkowość może zużywać nawet o 46% więcej energii niż tradycyjne rozwiązania.

Intel wprowadził technologię Hyper-Threading w 2002 roku, początkowo w procesorach Xeon przeznaczonych do stacji roboczych, a następnie w tym samym roku w procesorach Pentium 4. Od tego czasu technologia Hyper-Threading jest standardową funkcją większości procesorów tej firmy. Od tego czasu liczba rdzeni procesorów znacznie wzrosła, a dzięki technologii Hyper-Threading nowoczesne procesory, takie jak Core i9-13900, mogą obsługiwać nawet 32 wątki jednocześnie.

Jak wspomnieliśmy na początku, hyper-threading to nazwa handlowa firmy Intel dla technologii jednoczesnego wielowątkowości (SMT), ale oczywiście AMD nie zamierzało siedzieć bezczynnie, podczas gdy Intel mógł korzystać z nawet 30% wolnej wydajności. W związku z tym, choć AMD nigdy nie używa nazwy Hyper-Threading, w swoich pierwszych procesorach Zen zastosowało technologię SMT i od tego czasu czerpie z niej korzyści. AMD również nieustannie zwiększa liczbę rdzeni i podobnie jak Intel, oferuje procesory Ryzen 9 9950x, czyli najwyższej klasy procesory do komputerów stacjonarnych, które mogą obsługiwać jednocześnie nawet 32 wątki.

Jeśli to wszystko przedstawia optymistyczny obraz stanu technologii hiperwątkowości, to może zaskoczyć fakt, że technologia podwajania procesorów Intel nie znajduje się na liście funkcji najnowszych procesorów tej firmy. Na przykład niedawno wprowadzony na rynek procesor Intel Core Ultra 9 285K ma osiem rdzeni wydajnych i 16 rdzeni energooszczędnych, ale nie ma śladu technologii Hyper-Threading w żadnym z tych typów. Wskazuje to na zmianę w sposobie projektowania procesorów i zasadniczo uznano, że technologia Hyper-Threading po prostu nie działa tak, jak kiedyś w nowych procesorach „hybrydowych”.

Intel przeszedł na konstrukcję hybrydową w swoich procesorach Core 12. generacji. Są to procesory wyposażone w rdzenie wydajne i energooszczędne, nawiązujące do podejścia big.LITTLE, które firma ARM osiągnęła w swoich procesorach. Zasadniczo w chipie znajdują się dwa rodzaje rdzeni, które mogą być wykorzystywane do różnych zadań, zapewniając większą wydajność w porównaniu z poprzednimi konstrukcjami procesorów. Początkowo Intel nadal obsługiwał technologię Hyper-Threading w rdzeniach wydajnościowych, ale w najnowszej generacji zrezygnował z niej, decydując się zamiast tego na podwojenie liczby rdzeni energooszczędnych.

AMD nie wydaje się spieszyć z podążaniem za Intelem w kierunku produkcji w pełni hybrydowych rozwiązań, skupiając się zamiast tego na technologii pamięci podręcznej X3D, która ma zapewnić mu przewagę wydajnościową. Tak więc wielowątkowość będzie nam towarzyszyć jeszcze przez jakiś czas, choć być może nie pod nazwą „hyper-threading”.