Faktor apa selain kecepatan clock yang memengaruhi kinerja CPU? [duplikat]

Setelah melihat berbagai orang menguji emulator yang kuat di komputer mereka, saya terkejut mendengar tentang bagaimana satu CPU dapat memiliki kecepatan tiga kali lipat tetapi masih memiliki kinerja single-threaded yang lebih buruk; atau bagaimana satu CPU dapat menggunakan 16 utas tetapi satu yang dipaksa untuk menggunakan utas tunggal dapat menghapus lantai menggunakan 1 utas dan ton pergantian konteks cepat, bahkan dengan asumsi aplikasi multi-utas.

Beberapa CPU Intel terbaik dapat di-underclock sebanyak mungkin dan masih menjalankan program yang sangat menuntut dengan sempurna, dan beberapa CPU Atom dapat di-overclock sebanyak mungkin dan masih tidak menjalankannya tanpa memotong / lag, dll. Inilah yang saya telah memperhatikan:

Intel i7 5960x 1,5 GHz dapat menjalankan Photoshop After Adobe terbaru dan Efek, termasuk emulator PS2 / GameCube / Wii dan game kecepatan penuh; Celeron 450 @ 3,3 GHz yang di-overclock hampir tidak dapat melakukan hal yang sama, dan secara teknis kecepatan clocknya lebih dari dua kali lipat.

Selain itu, Atom N270 4 GHz tampaknya berkinerja lebih buruk daripada 1 GHz i7 5960x. Kenapa ini?

Dengan CPU Intel yang benar-benar baru dan mahal ini, kecepatan clock tampaknya sangat kecil artinya, karena dapat mencapai 1,9 GHz dan menjalankan semuanya, sedangkan beberapa CPU 3/4/5 + GHz di masa lampau tidak dapat meratakannya.

Begitu cepatnya sehingga bahkan terpaksa menggunakan single core sementara CPU lain menggunakan multi-core, mereka bisa melakukan yang lebih baik.

Kecepatan clock CPU hanya salah satu dari banyak faktor dalam "kecepatan." Kecepatan bus, kecepatan memori, kecepatan disk, set instruksi, cache, desain aplikasi, dll, dll. Semua faktor ini berperan dalam kecepatan keseluruhan.

CPU Intel Atom tidak dirancang untuk perhitungan yang intensif. Mereka dirancang untuk komputasi daya rendah. Inilah sebabnya mengapa mereka sering tidak memiliki penggemar atau heatsink.

Alat yang tepat untuk pekerjaan itu, seperti yang mereka katakan.

Kecepatan jam yang disediakan oleh spesifikasi adalah kecepatan jam eksternal, atau kecepatan transfer data ke dan dari CPU. Dalam Celeron dan Atom CPU, ini juga merupakan kecepatan clock internal. Untuk i3, i5 dan i7, jam tersebut dikalikan untuk menghasilkan jam internal yang lebih cepat. I7, dengan banyak core, akan keluar membentuk CPU Atom dengan jam internal yang sama.

Ada dua hal yang dapat membatasi kinerja di antara CPU: faktor internal dan faktor eksternal.

Pada dasarnya faktor internal adalah apa yang intrinsik dengan arsitektur inti internal CPU. Hal pertama yang perlu diperhatikan adalah jumlah siklus per instruksi yang dibutuhkan CPU Anda. Sebagai contoh, pada operasi floating point ia beralih dari di atas 50 atau 60 siklus pada CPU lama menjadi sekitar 3 atau 4 sekarang. Itu juga tanpa mempertimbangkan instruksi baru yang misalnya dapat melakukan 4 perkalian pada saat yang sama pada satu inti.

Kemudian muncul perbedaan besar kedua antara banyak arsitektur adalah pipelining. Karena instruksi membutuhkan waktu untuk tampil, arsitektur modern mencoba menjalankan lebih dari satu instruksi pada saat yang sama jika mereka independen dan menggunakan bagian CPU yang berbeda. CPU yang lebih pintar juga dapat meminta akses memori terlebih dahulu dan mengurangi waktu mogok. Atom adalah dengan desain dan di luar dari desain terakhir sangat buruk dalam hal ini karena pipa yang rumit menggunakan banyak daya. Anda mungkin ingat arsitektur Netburst sebagai contoh mengerikan tentang apa yang terjadi ketika Anda mencoba membuat pipa yang sangat besar.

Pada faktor luar, ukuran memori dan cache dan arsitektur mempengaruhi banyak kinerja tergantung pada kode. Jika saya menganggap kode uji patokan saya cocok dengan cache i7 tetapi tidak di Atom, Anda bisa menebak bahwa Atom akan kehilangan banyak karena itu. Atom menggunakan cache yang lebih kecil dan secara keseluruhan memiliki latensi yang lebih tinggi ketika membutuhkan akses memori. Itu sebabnya itu akan melakukan sangat buruk dibandingkan dengan i7 ketika ada banyak akses memori: CPU harus mengambil dari memori utama sepanjang waktu dan ini lambat.