▷ Què és l'IPC de l'processador

En els ordinadors actuals, les instruccions per cicle o també conegudes com IPC, són un aspecte molt important de l'rendiment d'un processador. Aquest concepte representa el nombre mitjà d'instruccions executades per a cada cicle de rellotge de el processador, de manera que com més gran sigui, més potent serà el processador. En aquest article us expliquem tot el rellevant sobre l'IPC.

Índex de continguts

Què és l'IPC de l'processador, com es calcula i quina importància té

El càlcul d'IPC es realitza mitjançant l'execució d'un conjunt de codi, calculant la quantitat d'instruccions a nivell de màquina necessàries per completar-la, i després utilitzant temporitzadors d'alt rendiment per calcular la quantitat de cicles de rellotge necessaris per completar-la en el maquinari real. El resultat final prové de dividir el nombre d'instruccions pel nombre de cicles de rellotge de la CPU.

El nombre d'instruccions per segon i les operacions de punt flotant per segon per a un processador, poden derivar multiplicant el nombre d'instruccions per cicle amb la velocitat de rellotge (cicles per segon donats en Hertz) de l'processador en qüestió. El nombre d'instruccions per segon és un indicador aproximat de l'rendiment probable de l'processador.

Et recomanem la lectura del nostre article sobre Millors processadors de mercat

El nombre d'instruccions executades per rellotge no és una constant per a un processador determinat, ja que depèn de com el programari en particular que s'està executant interactua amb el processador i, de fet, amb tota la màquina, particularment amb la jerarquia de memòria. No obstant això, certes característiques de l'processador tendeixen a conduir a dissenys que tenen valors d'IPC superiors a la mitjana, com la presència de múltiples unitats lògiques aritmètiques i canonades curtes. Quan es comparen diferents conjunts d'instruccions, un conjunt d'instruccions més simple pot portar a una xifra d'IPC més alta que la implementació d'un conjunt d'instruccions més complex, que utilitza la mateixa tecnologia de xip, però, el conjunt d'instruccions més complex pot aconseguir un treball més útil amb menys instruccions.

Factors que regeixen l'IPC

Es pot aconseguir un nivell donat d'instruccions per segon amb un IPC alt i una velocitat de rellotge baixa (com l'AMD Athlon i la sèrie Core d'Intel primerenca), o des d'un IPC baix i una alta velocitat de rellotge (com l'Intel Pentium 4). Tots dos són dissenys de processadors vàlids, i l'elecció entre els dos depèn sovint de l'historial, les restriccions d'enginyeria o les pressions de màrqueting. No obstant això, un alt IPC amb alta freqüència proporciona el millor rendiment.

Instruccions per cicle per a diversos processadors.

Aquests números no són el valor d'IPC d'aquestes CPU, sinó que representen el rendiment de punt flotant teòricament possible. Tingues en compte que els números a continuació només representen els amples lògics de les unitats SIMD de el processador. No tenen en compte les múltiples canonades SIMD presents en la majoria de les arquitectures, ni representen la definició arquitectònica principal d'IPC, que mesura el nombre d'instruccions escalars mitjana retirades per cicle, tant sencers, punts flotants i control.

CPU	Doble precisió DP IPC	Precisió simple SP IPC
Intel Core i Intel Nehalem	4	8
Intel Sandy Bridge i Intel Ivy Bridge	8	16
Intel Haswell i Intel Coffee Lake	16	32
Intel Ice Lake	?	?
Intel Xeon Skylake (AVX-512)	32	64
AMD K10	6	12
AMD Bulldozer, AMD Piledriver i AMD Steamroller	12	24
AMD Ryzen	16	32
Intel Atom (Bonnell, Saltwell, Silvermont i Goldmont)	2	4
AMD Bobcat	2	4
AMD Jaguar i Puma	4	8
ARM Cortex-A7	1	8
ARM Cortex-A9	1	8
ARM Cortex-A15	1	8
ARM Cortex-A32	2	8
ARM Cortex-A35	2	8
ARM Cortex-A53	2	8
ARM Cortex-A57	2	8
ARM Cortex-A72	2	8
Qualcomm Krait	1	8
Qualcomm Kryo	2	8
IBM PowerPC A2	8	Els elements SP s'estenen Ed a DP i processat en les mateixes unitats
IBM PowerPC A2	4

Per obtenir una qualificació teòrica de GFLOPS (milers de milions de FLOPS) per a una CPU determinada, multiplica el nombre en aquest quadre pel nombre de nuclis i després pel rellotge de valors (en GHz) d'un model de CPU en particular. Per exemple, un Coffee Lake i7-8700K fa anar teòricament 32 flops de precisió simple per cicle, té 6 nuclis i un rellotge base de 3.7 GHz. Això li dóna 32 x 6 x 3.7 = 710.4 GFLOPS.

És important tenir en compte que el subprocessos múltiple no significa que dos subprocessos poden operar en el mateix nucli simultàniament, compartint recursos de canalització. En canvi, la CPU permet que un subprocés utilitzeu el nucli mentre que un altre espera que les dades arribin de la memòria, com en el cas d'una falta de memòria cau. El programador de sistema operatiu pot tornar el subprocés original a la cua, i després tornar a la CPU, una vegada que s'hagin recuperat les dades.

Per tant, aquesta característica no té cap efecte en el rendiment de punt flotant teòric d'una CPU, però, en certs casos, pot ajudar a la CPU a acostar-se a aquest rendiment, en múltiples subprocessos, en la pràctica. Generalment, el registre de processador gran mostra com els nombres grans de l'processador poden explicar una vegada. El nombre de registres també és important, ja que poden connectar-se junts per un moment amb algunes instruccions.

L'IPC no és l'únic que importa en un PC

El treball útil que es pot fer amb qualsevol PC depèn de molts factors a més de la velocitat de l'processador. Aquests factors inclouen l'arquitectura del conjunt d'instruccions, la microarquitectura de l'processador i l'organització de el sistema informàtic, com el disseny de sistema d'emmagatzematge en disc i les capacitats i el rendiment d'altres dispositius connectats, l'eficiència de sistema operatiu i, el més important, el programari.

Per als usuaris i compradors d'un sistema informàtic, les instruccions per rellotge no són una indicació particularment útil de l'rendiment del sistema. Per a una mesura precisa de l'rendiment rellevant per a ells, els benchmarks de les aplicacions són molt més útils. El coneixement de la seva existència és útil, ja que proporciona un exemple fàcil de comprendre de per què la velocitat de el rellotge no és l'únic factor rellevant per al rendiment de l'equip.

Et recomanem la lectura de les següents guies:

Fins aquí arriba el nostre article sobre què és l'IPC de l'processador, esperem que et resulti de molta utilitat.

font wikipedia