Czym jest technologia Hyper-Threading?

Jeśli w ciągu ostatnich kilku lat śledził Pan/Pani rynek procesorów, być może zauważył Pan/Pani coś niezwykłego: firma Intel w znacznym stopniu zrezygnowała z technologii Hyper-Threading w swoich procesorach przeznaczonych dla konsumentów. Może się to wydawać dziwne, biorąc pod uwagę, że Hyper-Threading od dziesięcioleci stanowił podstawową funkcję procesorów Intela. Dobrą wiadomością jest to, że technologia Hyper-Threading nie zniknęła całkowicie. W rzeczywistości firma Intel publicznie oświadczyła, że planuje przywrócić tę technologię w przyszłych procesorach, uznając, że rezygnacja z niej spowodowała utratę potencjału wydajnościowego.

Zanim przyjrzymy się, dlaczego firma Intel zmieniła zdanie, warto zrozumieć, na czym właściwie polega technologia Hyper-Threading i dlaczego od tak dawna jest to tak ważna funkcja. Jeśli chcieliby Państwo zapoznać się z bardziej szczegółowym omówieniem technicznym, zachęcamy do zapoznania się z naszym przewodnikiem „Wyjaśnienie technologii Hyper-Threading”.

Technologia Hyper-Threading stanowi realizację przez firmę Intel koncepcji jednoczesnego wielowątkowości (SMT) – technologii, która umożliwia pojedynczemu rdzeniowi procesora jednoczesną obsługę dwóch wątków instrukcji. Chociaż może się wydawać, że rdzeń procesora jest nieustannie zajęty, w rzeczywistości jego poszczególne części często pozostają w stanie bezczynności, oczekując na dane lub zakończenie innych zadań. Technologia Hyper-Threading pozwala na lepsze wykorzystanie tych zasobów, które w przeciwnym razie pozostawałyby niewykorzystane, umożliwiając równoległe działanie drugiego wątku obok pierwszego.

Warto podkreślić, że nie oznacza to podwojenia wydajności, ponieważ rdzeń z technologią Hyper-Threading nadal stanowi tylko jeden rdzeń fizyczny. Zamiast tego wzrost wydajności wynosi zazwyczaj około 10–30%, w zależności od obciążenia. Największe korzyści odnoszą zazwyczaj aplikacje, które mogą wykorzystać wiele wątków, takie jak oprogramowanie do tworzenia treści, renderowania, kodowania wideo oraz oprogramowanie biurowe.

Wydajność w grach to często zupełnie inna sprawa. W wielu grach technologia Hyper-Threading zapewnia jedynie niewielki wzrost wydajności, zwłaszcza że nowoczesne procesory są wyposażone w coraz większą liczbę rdzeni fizycznych.

Firma Intel uznała, że bez technologii Hyper-Threading może osiągnąć lepsze wyniki. Proces ten rozpoczął się wraz z wprowadzeniem przez nią hybrydowej architektury procesorów. Począwszy od procesorów Core 12. generacji, firma Intel połączyła wysokowydajne rdzenie typu P z mniejszymi i bardziej wydajnymi rdzeniami typu E. Pierwotnie rdzenie typu P nadal obsługiwały technologię Hyper-Threading, podczas gdy rdzenie typu E już nie.

Wraz ze wzrostem liczby dostępnych rdzeni fizycznych firma Intel zaczęła zastanawiać się, czy technologia Hyper-Threading nadal uzasadnia dodatkową złożoność. Myślenie to znalazło swój punkt kulminacyjny w rdzeniach wydajnościowych „Lion Cove” firmy Intel, wprowadzonych w architekturach „Lunar Lake” i „Arrow Lake”, w których całkowicie zrezygnowano z technologii Hyper-Threading na rzecz maksymalizacji wydajności, uproszczenia konstrukcji oraz przeznaczenia większej ilości zasobów na poprawę wydajności jednowątkowej.

Warto zauważyć, że technologia Hyper-Threading wiąże się z pewnymi wadami. Wymaga ona zastosowania dodatkowego krzemu (często szacowanego na około 5%), zwiększa złożoność konstrukcji i może powodować wzrost zużycia energii. Na przestrzeni lat badacze zajmujący się bezpieczeństwem zidentyfikowali również luki w zabezpieczeniach typu „side-channel”, które mogą wykorzystywać współdzielone zasoby sprzętowe, co skłoniło niektóre przedsiębiorstwa i organizacje do wyłączenia technologii Hyper-Threading w środowiskach, w których bezpieczeństwo ma kluczowe znaczenie.

Podsumowując, firma Intel uznała, że bardziej znaczące ulepszenia architektury oraz zwiększona liczba fizycznych rdzeni mogą przeważyć nad korzyściami płynącymi z technologii Hyper-Threading.

Rzecz w tym, że pomimo argumentacji firmy Intel zalety tej technologii tak naprawdę nigdy nie zniknęły. Nowsze architektury firmy Intel przyniosły wprawdzie imponujący wzrost wydajności i osiągów w trybie jednowątkowym, jednak firma przyznała już, że rezygnacja z technologii Hyper-Threading mogła być zbyt daleko idącym krokiem.

Prezes firmy Intel, Lip-Bu Tan, stwierdził, że odejście od technologii SMT postawiło firmę Intel w niekorzystnej sytuacji konkurencyjnej i spowodowało różnice w wydajności, które firma zamierza obecnie wyeliminować w przyszłych produktach.

Uzasadnienie jest proste: choć dodanie większej liczby fizycznych rdzeni jest często najlepszym rozwiązaniem, nie zawsze jest to rozwiązanie najbardziej praktyczne. Technologia Hyper-Threading pozostaje skutecznym sposobem na uzyskanie dodatkowej wydajności z istniejących rdzeni, szczególnie w przypadku obciążeń wymagających intensywnego wykorzystania wątków. Ma to szczególne znaczenie w środowiskach profesjonalnych i serwerowych, gdzie wirtualizacja, bazy danych, infrastruktura chmurowa, aplikacje inżynierskie oraz wiele obciążeń związanych ze sztuczną inteligencją mogą odnieść korzyści z jednoczesnej obsługi większej liczby wątków.

W chwili pisania niniejszego artykułu firma Intel potwierdziła plany ponownego wprowadzenia technologii SMT w przyszłych procesorach serwerowych. Nie jest jeszcze jasne, czy technologia Hyper-Threading powróci również do procesorów przeznaczonych dla komputerów stacjonarnych klasy konsumenckiej oraz do procesorów do gier, jednak zmiana kierunku obranego przez firmę Intel sugeruje, że technologia ta nadal ma do odegrania ważną rolę.

Nowoczesne procesory Ryzen i EPYC nadal wykorzystują technologię SMT we wszystkich liniach procesorów AMD przeznaczonych zarówno dla klientów indywidualnych, jak i dla przedsiębiorstw, co pozwala większości rdzeni na jednoczesne przetwarzanie dwóch wątków. Firma AMD nie dała żadnych sygnałów wskazujących, że planuje zrezygnować z technologii SMT, i nadal postrzega ją jako istotny element maksymalizacji wydajności procesorów.

W rezultacie współczesne procesory firm AMD i Intel przyjęły nieco odmienne podejścia do osiągania wyższej wydajności. Firma Intel przez kilka generacji skupiała się na architekturach hybrydowych, ulepszonych projektach rdzeni oraz dodawaniu kolejnych rdzeni fizycznych, podczas gdy firma AMD nadal łączyła dużą liczbę rdzeni z technologią SMT.

Przez krótki czas wydawało się, że technologia Hyper-Threading może wkrótce odejść w zapomnienie. Najnowsze architektury firmy Intel przeznaczone dla użytkowników indywidualnych zrezygnowały z jej stosowania, a rosnąca liczba rdzeni sprawiała, że wydawała się ona mniej istotna niż kiedyś. Jednak doniesienia o jej końcu mogły być przedwczesne.

Chociaż technologia Hyper-Threading nie jest magicznym czynnikiem zwiększającym wydajność, pozostaje skutecznym sposobem na poprawę wykorzystania procesora i zwiększenie wydajności w wielu rodzajach obciążeń. Decyzja firmy Intel o przywróceniu technologii Hyper-Threading sugeruje, że pomimo postępów w projektowaniu procesorów nadal warto umożliwić pojedynczemu rdzeniowi obsługę wielu wątków.

Dla konsumentów najważniejszy wniosek jest prosty: technologia Hyper-Threading nie jest już gwarantowana w każdym procesorze firmy Intel, ale nie oznacza to bynajmniej jej całkowitego zaniku. W miarę jak firma Intel udoskonala projekty swoich przyszłych procesorów, wydaje się, że technologia Hyper-Threading pozostanie częścią rynku procesorów jeszcze przez wiele lat.