Главная
АИ #23 (153)
Статьи журнала АИ #23 (153)
Принципы и особенности выбора центрального процессора при сборке компьютеров для...

Принципы и особенности выбора центрального процессора при сборке компьютеров для решения самых разных задач

Автор(-ы):

Пушкин Сергей Александрович

10 июня 2023

Секция

Технические науки

Ключевые слова

центральный процессор
выбор CPU
тактовая частота
ядра процессора

Аннотация статьи

Данная статья призвана ответить на вопрос “Как научиться выбирать центральный процессор?”. В её рамках были разобраны характеристики процессора и их зависимость от решаемых компьютером задач, например редактирование фото или аудио, работа с 3D объектами и офисными приложениями, рендеринг, майнинг и другие. Для каждого сценария работы ПК были проанализированы минимальные и актуальные сегодня требования, а также причины формирования именно таких требований. Статья даёт понимание основных принципов выбора процессора, следуя которым можно чувствовать себя комфортно на рынке чипов, не привязываясь к конкретным моделям.

Текст статьи

Введение

Покупка готовых персональных компьютеров всё больше уступает самостоятельной ручной сборке ввиду значительной экономии. Однако, меньшие траты всегда подразумевают подводные камни Профессионала в области компьютерной техники и специалиста в сфере, где компьютер является основным инструментом для работы, а не объектом работы, редко можно встретить в лице одного человека. Не самые опытные системные администраторы или просто обывателям, желающим собрать или обновить свой ПК, часто сталкиваются лицом к лицу с одним из ключевых вопросов при подборе комплектующих.

Как выбрать процессор под ряд конкретных задач, когда на рынке так много моделей, иногда почти не различающихся в характеристиках?

Ответ на этот вопрос можно найти в интернете на форумах, на специализированных компьютерных сайтах, в видеороликах многочисленных блогеров на YouTube, Дзен, RuTube и подобных платформах, или просто посоветоваться с разбирающимися в теме знакомыми. 

Но есть нюанс, заключающийся в устаревании информации в сфере компьютерного железа. Производители процессоров продолжают соревноваться между собой, каждый год выпуская новые поколения и архитектуры, а разработчики игр и профессионального ПО создают всё более требовательные проекты. В результате детали, которые ещё вчера советовали, как бескомпромиссное решение, сегодня уже просто хорошие комплектующие, а завтра – необратимо устаревающие. Также стоит учитывать, что каждый компьютер – это в первую очередь инструмент для пользователя, который нуждается в решении своего, индивидуального набора задач. 

Цель этой статьи заключается в попытке сформировать у читателя понимание принципов взаимосвязи характеристик процессора с разными сценариями работы компьютера. Таким образом, на основе списка задач, которые ПК должен будет решать, можно составить ряд фильтров характеристик процессора. Эти фильтры помогут сделать самостоятельный и осознанный выбор центрального процессора, исключающий проблемы, описанные выше. Для этого мы рассмотрим принципы работы процессора с разными задачами потому как с годами, как показывает опыт, эти принципы существенно не меняются, изменения касаются только цифр и наименований. 

Компьютеры играют определенную роль во всех сферах жизни. Они используются в домах, бизнесе, учебных заведениях, исследовательских организациях, медицинской сфере, правительственных учреждениях, развлечениях и т. д.

Для проектирования сложных компьютеров таких как суперкомпьютеры для научных исследований, компьютеры для управления финансовыми транзакциями или компьютеры для сложных медицинских операций, используются специальные комплектующие, отсутствующие на массовом рынке. Поэтому в рамках данной статьи рассмотрим именно персональные компьютеры, характеризующиеся как наличием эксплуатационных характеристик бытового прибора, так и универсальными функциональными возможностями, чаще всего только для одного пользователя. 

Уточняя, в данной статье будут затронуты следующие задачи:

  • Домашнее или офисное использование
  • Компьютерные игры
  • Обработка звука
  • Редакторы фотографий
  • Видеоредакторы
  • Работа с 3D объектами
  • Рендеринг
  • Программирование
  • Майнинг
  • Стриминг

Понятие процессора, его характеристики и принципы работы

Внешне центральный процессор не представляет собой ничего выдающегося – небольшая прямоугольная плата с множеством контактов с одной стороны и плоской металлической коробочкой с другой. Но внутри этой коробочки хранится сложнейшая микроструктура из миллиардов транзисторов.

Центральный процессор (микропроцессор, центральное процессорное устройство, CPU) – сложная микросхема, являющаяся главной составной частью любого компьютера. Именно это устройство осуществляет обработку информации, выполняет команды пользователя и руководит другими частями компьютера.

Уже много лет основными производителями процессоров являются американские компании Intel и AMD (Advanced Micro Devices). Есть, конечно, и другие производители, но до уровня указанных лидеров им далеко.

Долгое время компания Intel была ведущей в разработке технологий, которые использовались в современных процессорах, однако компания AMD незамедлительно перенимала технологии Intel, дополняя их, ведя при этом политику более низких цен, что к настоящему времени сделало именно ее ведущей компанией. 

Intel и AMD постоянно борются за первенство в изготовлении все более производительных и доступных процессоров, вкладывая в разработки огромные средства и много сил. Их конкуренция - важный фактор, содействующий быстрому развитию этой отрасли. В частности, по этой причине центральный процессор, является самым надежным компьютерным компонентом по сравнению с остальными.

Рассмотрим основные составляющие процессоров и их характеристики.

Ядро – самый главный элемент центрального процессора. Оно представляет собой вычислительную часть процессора, способную выполнять один поток команд.

Многоядерные процессоры – это процессоры, содержащие на одном процессорном кристалле или в одном корпусе два и более вычислительных ядра. Все современные процессоры являются многоядерными, в частности большой популярностью пользуются решения с 2 - 16 ядрами на кристалле.

Эффективность вычислительных ядер разных архитектур заметно отличается. Но если сравнивать процессоры одной архитектуры, то чем больше ядер, тем процессор производительнее.

В 2002 году компания Intel разработала технологию “hyper-threading technology”, называемую также гиперпоточностью. Позже компания AMD догнала Intel с похожей технологией “MultiThreading”. После включения гиперпоточности одно физическое процессорное ядро определяется операционной системой как два отдельных логических ядра. 

С тех пор количество потоков не всегда совпадает с количеством ядер процессора. Зачастую использование гиперпоточности позволяет значительно увеличить производительность процессора.

Помимо вычислительных ядер, производители часто включают в состав процессоров еще и ядра графические. Такие процессоры, кроме решения своих основных задач, могут выполнять роль видеокарты и отвечать за вывод изображения на дисплей. 

В последнее время, встроенные видеокарты хорошо работают с современным программным обеспечением, с большинством современных игр на низких настройках, а также подходят для просмотра видеофильмов в высоком качестве. Почти всегда такое решение позволяет существенно сэкономить на приобретении отдельного графического адаптера в виде видеокарты.

Для синхронизации вычислений процессор обрабатывает данные с задержкой в определённую единицу времени, называемую тактом.

Тактовая частота – количество тактов (соответственно и исполняемых команд) за секунду. Она показывает скорость работы процессора, измеряемую в герцах (ГГц).

У центральных процессоров Intel Core i3-i9, помимо базовой частоты, существует также такое понятие как максимальная частота в Turbo Boost. Подобная технология, автоматически повышает частоту ядер процессора при высокой нагрузке с целью увеличения производительности, при этом жертвуя энергоэффективностью.

У процессоров AMD Ryzen предусмотрена аналогичная технология для обеспечения автоматического разгона процессора, которая называется Turbo Core. К примеру, у процессора Ryzen 5 3500 базовая частота составляет величину 3,6 ГГц, а максимальная частота в Turbo Core составляет величину 4,1 ГГц.

Кэш-память – это внутренняя память центрального процессора, которая необходима ему для более быстрого доступа к часто используемой информации. 

Кэш-память по скорости передачи данных разделяют на 3 разных уровня (от англ. Level) сверхскоростной памяти: L1, L2, L3. К каждому уровню центральный процессор обращается по очереди (начиная от меньшего к большему уровню), до того момента пока не обнаружит в одном из уровней необходимую информацию. В том случае, если ничего не будет найдено, то идет обращение к менее быстрой оперативной памяти.

Объем кэш-памяти оказывает влияние на производительность процессора, но в меньшей степени, чем количество ядер и частота процессора. Однако в играх разница может варьироваться в диапазоне 1-10%, а в программах архивации данный показатель играет ключевую роль. 

Кэш-память, ядра, графические ядра и другие элементы процессора изготавливаются с помощью постоянно улучшающихся технологий, называемых техпроцессом. Техпроцесс показывает размеры транзисторов и измеряется в нанометрах.

Чем тоньше техпроцесс – тем больше транзисторов можно поместить в один процессор, тем он будет производительнее и энергоэффективнее. От техпроцесса во многом зависит еще одна важная характеристика процессора - TDP.

TDP (thermal design power) – конструктивные требования к системе охлаждения процессора. Она должна быть способна отвести количество тепловой энергии, заявленное производителем процессора. Это число измеряется в Ваттах и показывает сколько энергии выделяет процессор во время работы. TDP зависит от многих факторов, среди которых главными являются количество ядер, техпроцесс изготовления и частота работы процессора.

Наивысший показатель температуры поверхности центрального процессора, при котором возможна его нормальная работа, составляет 54-100 °С. Температура зависит от нагрузки на центральный процессор и от качества отвода тепла. В случае превышения предела снижается мощность, например в режиме Turbo Boost, процессор будет поднимать частоту ядер на весьма незначительную величину. Поэтому процессорный кулер подбирается с запасом по рассеивающей мощности.

Для максимально эффективной работы центрального процессора, необходимо чтобы он не только имел хорошее охлаждение, но и получал достаточное питание. Это достигается с помощью мощного блока питания и продуманной зоны в VRM (Voltage Regulator Module) на материнской плате. 

При выборе процессора также стоит обратить внимание на совместимость по разъёму ЦП (сокету) в материнской плате, так как он предполагает установку только определенного типа процессоров. Каждый новый сокет разрабатывается производителями процессоров, когда возможности старых разъемов уже не могут обеспечить нормальную работу новых изделий. С целью экономии следует приобретать центральный процессор с самым современным сокетом, чтобы в будущем иметь возможность не менять его вместе с устаревшей материнской платой. Большое значение имеет также системная логика материнской платы ("чипсет"). Нужно убедиться, что он поддерживает процессоры с такой архитектурой.

В параметрах процессора можно встретить такие пункты как максимальная скорость поддерживаемой оперативной памяти и её тип. Дело в том, что многие процессоры работают с одним (реже с двумя) типами памяти. Сегодня стоит ориентироваться на DDR4 и DDR5. Также процессоры имеют ограничения по скорости взаимодействия с оперативной памятью. Если частоты ОЗУ будут выше, чем заявленные в характеристиках процессора, то система будет работать на частоте последних.

Ключевые характеристики процессора в разных сценариях его работы и их значение

Перед тем как мы начнём рассматривать ключевые характеристик процессора в разных сценариях его работы важно отметить утверждение, применимое к любым комплектующим компьютера в том числе и к процессору. “Чем позже была выпущена деталь, тем она лучше”. С каждым новым поколением производители процессоров используют всё более совершенные технологии при проектировании и производстве своей продукции. При этом в каждом поколении остается разбиение на классы, характеризующиеся, в основном, бюджетом. Поэтому, при прочих равных, новые модели процессоров всегда должны быть для покупателя приоритетнее старых. Сюда же можно отнести запас по мощности, о котором нужно помнить при выборе. К сожалению, сегодня процессоры морально устаревают довольно быстро, поэтому брать модели “впритык” по производительности или модели возрастом более 6-ти лет – заведомо проигрышное решение. 

ПК для офиса или дома

Компьютеры для офиса или дома имеют схожий перечень целей, которые они позволяют решать. Это работа в текстовых и табличных редакторах, сёрфинг в интернете, видеозвонки, просмотр фильмов онлайн. В большинстве случаев данные задачи решаются параллельно. 

Рассмотрим какие характеристики будут играть ключевую роль при выборе процессора под домашнюю или офисную сборку. Для решения подобных задач, по сути, необходимо получить простейшие данные от пользователя, обработать их и вывести изображение на экран. Если получение данных почти не требует ресурсов, то обработка и вывод информации уже в большой степени зависят от данных и их типа отображения.

При сборке компьютера в вопросе установить операционной системы многие делают выбор в сторону последних версий Windows (10 и 11). ОС Windows, пакет программ “Microsoft Office”, браузер, 1С, Консультант Плюс, пакет специализированных расчетных программ, PDF ридеры, мессенджеры и прочее ПО, которое можно часто встретить в офисном компьютере, сегодня является оптимизированным и не использует много ресурсов процессора. Подойдут модели всего с 2-4 ядрами и 4-8 потоками в зависимости от количества одновременно открытых программ. Также следует обратить внимание на частоту, которая должна быть больше 3 ГГц, однако после 4.5 ГГц увидеть разницу во времени отклика программ будет практически невозможно. 

Техпроцесс лучше выбирать 14 нм и менее. В данном случае это показатель новизны процессора – чем меньше техпроцесс, тем ЦП новее и производительнее, а его TDP ниже.

Низкобюджетные процессоры не потребляют много энергии и, соответственно, имеют небольшие значения TDP (35-65W). Поэтому можно рассматривать почти любой кулер, а в выборе блока питания и материнской платы стоит уделить внимание разве что сокету. Он должен соответствовать процессору и не быть устаревающим. Актуальные бюджетные сокеты сегодня – это AM4, LGA 1700, LGA 1200.

Зачастую для таких рабочих мест характерен низкий бюджет, а это, в свою очередь, влияет на выбор периферийные устройства. Например, сегодня очень распространено разрешение монитора в 1920х1080 пикселей, или Full HD. Для отображения операционной системы, браузера и базовых программ в таком разрешении вполне достаточно мощности графического ядра, встроенного в современный процессор. При поиске следует обращать внимание на суффикс в конце названия процессора. У Intel не должно быть “F”, а у AMD должен присутствовать суффикс “G” или “GE”. Стоит отметить, что процессоры компании AMD значительно выигрывают в соотношении цена / производительность встроенной графики.

Резюмируя, при выборе процессора в домашний или офисный ПК необходимо в первую очередь рассмотреть модели с встроенной графикой (желательно от AMD) и малым техпроцессом. Необходимое количество ядер – 2 - 4 (с наличием технологии увеличения потоков), а величина тактовой частоты – 3 - 4.5 ГГц.

Если менять компьютер не планируется продолжительное время (более 10 лет), то стоит рассмотреть более дорогие версии процессоров с диапазоном цен в 75 -100 долларов. 

Компьютерные игры

В целом, процессор играет важную роль в обеспечении производительности и плавного игрового процесса. Он обрабатывает различные вычисления, ввод и вывод данных, обмен сетевыми сообщениями и управление ресурсами системы, чтобы обеспечить наилучший игровой опыт.

Компьютерные игры по требованиям к процессору можно разделить на киберспортивные, AAA проекты, VR проекты.

Киберспортивные игры, такие как шутеры от первого лица (FPS), стратегии в реальном времени (RTS) и игры жанра MOBA (многопользовательская онлайн-боевая арена), обычно требуют быстрых реакций и моментального принятия решений. Чтобы успеть за динамически изменяющейся ситуацией киберспортсмену необходим стабильный высокий FPS. Другими словами, под такие нужды компьютер должен быть не столько мощным, сколько быстрым. На характеристиках процессора это отражается следующим образом в приоритетной последовательности от большего к меньшему:

  • Тактовая частота должна стремиться к максимально возможной в рамках бюджета; минимум для современного киберспорта составляет 4.5 - 5 ГГц.
  • Поддержка высокочастотных модулей оперативной памяти DDR4 (если позволяет бюджет, то DDR5).
  • Возможность разгона (возможность программно увеличивать тактовую частоту может сделать процессор производительнее на 5-20%).
  • Поддержка линий PCI-E версии 4.0+ в достаточном количестве для видеокарты и скоростных хранилищ M.2 NVMe SSD.
  • Увеличенный объем кэш-памяти (16 МБ и более).

Эти правила характерны и для VR-игр, основная особенность которых – это возможность полного погружения в виртуальное пространство. С помощью VR-шлема и контроллеров игрок может видеть и слышать виртуальный мир, а также взаимодействовать с ним, используя свои движения и жесты. Для полного погружения игрок не должен видеть пиксели и сменяющиеся картинки, поэтому суммарное разрешение линз VR-шлема сопоставимо с 4К, а количество кадров в секунду должно быть не меньше 90. Поэтому использование VR являются очень требовательным к ресурсам компьютера процессом. Быстродействие процессора зависят от конкретной VR-игры, но рекомендуется иметь мощный ЦП с характеристиками, схожими с требованиями для киберспортивных сборок.

ААА-игры, или игры AAA-уровня, обычно являются самыми амбициозными и требовательными по отношению к мощности компьютера. Они обладают высококачественной графикой, сложными физическими исчислениями, массовыми мирами, большим количеством деталей и эффектами. Поэтому для запуска и плавного игрового процесса в AAA-играх обычно требуется мощный компьютер с высокой производительностью.

Требования к процессору могут быть высокими, особенно если игра основана на физическом движке или имеет масштабные открытые миры с большим количеством ИИ-персонажей и физических объектов. Однако дать какие-то конкретные рекомендации очень сложно, так как каждая компьютерная игра в плане требований к ресурсам очень индивидуальна. Некоторые игры оптимизированы на работу с несколькими процессорными ядрами, некоторые возлагают подобные вычисления на видеокарту, некоторые разрабатывались во времена, когда о нескольких ядрах на одном процессоре разработчики попросту не знали или это было не модно. Поэтому при выборе лучшего процессора в отношении цена/задача для AAA-игр стоит обратить внимание на многочисленные сравнительные тесты комплектующих в конкретной игре.

Однако если компьютер собирается “с заделом на будущее” под любые новые требовательные игры, то стоит рассматривать 6-8 ядерные процессоры последнего или предпоследнего поколений (Core 12xx-13xx для Intel и Ryzen 7xxx для AMD). В середине 2023 года эти модели избыточны и позволят поиграть в любые вышедшие игры в комфортных 60 и более кадров в секунду. Причем чем выше разрешение, тем меньше задействуется процессор, поэтому RTX 4090 и Ryzen 5 5600X – сбалансированная связка, если монитор имеет разрешение 4К. 

Относительно ААА-игр, в целом, работает правило “чем дороже ЦП - тем дольше он будет оставаться бескомпромиссным решением”, однако пока что брать модели с 10 и более ядрами для игр нецелесообразно. Собирая компьютер для киберспортивных и VR-игр, доминирующая часть внимания должна уделяться именно частотам - тактовым и ОЗУ. Не лишними будут возможность разгона, увеличенный объем кэш-памяти L3 и поддержка линий PCI-E версии 4.0+.

Обработка звука

Обработка аудио требует выполнения различных операций, таких как смешивание звуковых дорожек, применение эффектов, изменение тональности и громкости и другие операции обработки звука. Все эти вычисления возлагаются именно на процессор, поэтому в сборке компьютера для обработки звука на нём не стоит экономить.

Процессоры от Intel показывают ощутимо бо́льшую производительность при работе со звуком, нежели процессоры от AMD. Всё дело в оптимизации современного ПО для работы со звуком и музыкой именно под процессоры от Intel.

Если планируется использовать компьютер только с этой целью, то стоит обратить внимание на встроенное графическое ядро. С точки зрения графических вычислений такому ПК необходимо будет только выводить интерфейс операционной системы и программ. С этим справятся все встроенные в процессор графические чипы начиная с Intel UHD Graphics 730.

Для производства музыки в реальном времени (не рендеринг готового материала) огромную роль играет тактовая частота процессора. Выполнять основные задачи без заметных задержек и обеспечивать плавную работу позволяют процессоры начиная с частоты в 3 ГГц, то есть почти любые ЦП. Однако для обработки более сложных проектов рекомендуются частоты в 4,5 ГГц и более.

При обработке аудио многопоточность позволяет обрабатывать больше аудиодорожек или выполнить несколько операций одновременно. Для большинства простых аудиопроектов, включая запись нескольких аудиодорожек, добавление эффектов и микширование, достаточно процессора с 4 ядрами. Однако, если у вас есть более сложные проекты с большим количеством аудиодорожек, обширной обработкой и использованием множества плагинов и эффектов, то стоит поискать процессор с бо́льшим количеством ядер (6, 8, 12 и более). Увеличение количества ядер позволит ускорить процесс рендеринга и обработки данных в режиме реального времени, однако отдавайте предпочтение процессорам с высокой тактовой частотой. 

Получается, что обработка звука требует от процессора наличия тактовой частоты более 4.5 ГГц и около 4х ядер на современной архитектуре. Большей эффективности при покупке можно добиться, приобретая чипы от Intel с интегрированным графическим ядром.

Редактирование фотографий

Для начала ознакомимся с официальными системными требованиями от Adobe касательно ведущего на сегодняшний день графического редактора - Photoshop. Речь про версию 24.0 – про последнее на данный момент обновление, вышедшее в октябре 2022 года. Требуется “процессор с частотой от 2 ГГц, с поддержкой инструкций SSE 4.2 и 64-битной архитектуры”. 

Под это описание подходят модели даже 10-летней давности, а ведь процессор – важнейший компонент для работы в Photoshop. Фоторедактор движется в сторону работы с GPU-ускорением, то есть на видеокарте, но на данный момент почти все операции выполняются именно на процессоре.

Для Photoshop нужен «правильный» процессор, а не самый дорогой. Photoshop эффективно нагружает только до 8 физических ядер. Кратко говоря, архитектура и удельная производительность на ядро значительно важнее, чем просто количество ядер, – разница между “8-ядерником” и 12/16-ядерными чипами практически отсутствует. Говоря о минимальных требованиях, 4 не самых старых ядра справятся с базовыми процессами обработки изображений. Большее количество ядер будет полезно при наличии задач, которые фотошоп может распределить между ядрами. Например, при работе с большими файлами, содержащими множество слоев, или с многоканальными изображениями.

Больше внимания, пожалуй, стоит уделить максимальным частотам процессора и поддерживаемой оперативной памяти. Чем они выше, тем быстрее загрузка и сохранение файлов, открытие и закрытие документов, а также выполнение определенных фильтров и эффектов в фотошопе, когда они обрабатываются последовательно. Во время интерактивного редактирования в фотошопе, когда пользователь взаимодействует с инструментами и выполняет мгновенные изменения, высокая частота процессора обеспечивает быстрое отклик. Ориентироваться нужно на модели с частотой от 4,5 ГГц и частотой ОЗУ от 3,2 ГГц.

Видеокарта начального уровня (например GTX 750 4GB) отлично справляется с эффектами с GPU-ускорением, доступными в Photoshop. Технически можно обойтись вообще без видеокарты, и использовать видеоядро, встроенное в процессор последних поколений, например RX Vega 8 в Rysen 5000 серии. Однако, совместно с видеокартой, процессоры Intel покажу себя немного более выигрышно так как разработчики ПО стараются оптимизировать свои продукты под эти процессоры.

Итак, для комфортной работы с фотоматериалом уместны следующие характеристики:

  • 4-8 ядер ЦП.
  • Частота процессора от 4,5 ГГц и частота ОЗУ от 3,2 ГГц.
  • Если планируется видеокарта – приоритетнее чипы от Intel.

Видеоредакторы

В процессе видеомонтажа от процессора зависит насколько плавным будет предпросмотр материала, насколько быстрым будет обработка применяемых видео- и аудиоэффектов и насколько высокий объем исходных материалов может быть обработан.

Также процессор отвечает за кодирование и декодирование видеофайлов, которые могут быть в сжатом формате (например, H.264 или HEVC). Он распаковывает сжатые данные и преобразует их в различные форматы, с которыми видеоредактор может работать. При декодировании видео, особенно с высоким разрешением и высокими битрейтами, многоядерный процессор будет справляться более эффективно. 

Отправной точкой при выборе процессора для видеомонтажа может стать наличие у процессора технологии Intel Quick Sync Video. Это технология, встроенная в процессоры Intel, которая предоставляет аппаратное ускорение для кодирования и декодирования видео в ведущих пакетах программного обеспечения для видеообработки и кодирования. Она использует специальные инструкции и ресурсы процессора, ускоряющие обработку видео в режиме реального времени.

Но самое главное – в отличие от подобных технологий в любых видеокартах, только Intel Quick Sync (11-ое поколение процессоров и новее) поддерживает любую битовую глубину и любую субдискретизацию цветности. Это точно будет полезно профессионалам с дорогой видеотехникой, позволяющей снимать в самых разных форматах кодирования видео. На сайте Intel можно ознакомиться с конкретным списком процессоров с интегрированной графикой, имеющих технологию Intel Quick Sync Video. У чипов от AMD есть альтернативная технология – Video Core Next, имеющая схожие характеристики и принципы работы.

Если планируется отдавать или получать видеоматериалы в архивированном виде, то может быть полезно присмотреться к процессорам с кэш памятью L3 более 20 Мбайт.

Быстрое декодирование видео требует процессора с достаточно высокой тактовой частотой, чтобы обеспечить плавное и непрерывное воспроизведение предварительного результата видеомонтажа. Также от частоты будет зависеть отзывчивость приложения в целом, выражающаяся в скорости применения эффектов и изменений, открытия и добавления файлов. 

Рассматривая систему, где рендеринг происходит усилиями видеокарты, задача процессора заключается в дешифровании кадра, в отправке его на графический ускоритель и в получении результата обработки. Поэтому необходимо обеспечить скоростную передачу данных между видеокартой и ЦП. За это отвечает шина PCIe, а её версия ответственна за достаточную пропускную способность.

Подытожим. Процессор для работы в видеоредакторе должен иметь 6-10 ядер, частоту от 4.5 ГГц, кэш-память L3 от 20 МБ, шину PCIe® версии 4.0 и новее, а также поддержку Intel Quick Sync Video или Video Core Next.

Работа с 3D объектами

В этой области применения процессор может исполнять функции устройства для рендеринга и устройства для взаимодействия с 3D-программой в режиме реального времени. Процесс рендеринга рассмотрим в одной из следующих разделов статьи, а пока остановимся на второй функции.

3D-моделирование, скульптинг, текстурирование, организация освещения и создание анимации – это активный рабочий процесс. Сцена построена по определенной иерархии и процессор должен шаг за шагом прокладывать себе путь через эту иерархию. Он не может пропустить или разгрузить определенные шаги на другие ядра, потому что большинство шагов зависят друг от друга.

Поэтому черчение деталей и работа с моделями в системах трехмерного проектирования является однопоточной задачей или задачей с небольшим количеством потоков. На скорость отклика приложения и эффективность выполнения конечным пользователем таких задач существенно влияет тактовая частота процессора, и чем она больше – тем более отзывчивой будет среда разработки.

Однако многоядерность может пригодиться при генеративном проектировании или динамическом моделировании. Эффективность работы средств моделирования сильно зависит от пропускной способности памяти, поэтому чем больше каналов оперативной памяти поддерживает процессор рабочей станции, тем лучше. В этом случае будут уместны серверные модели с множеством потоков и большим объёмом кэш-памяти. В принципе, чем дороже модели, тем меньше времени потребуется на просчёт этих процессов.

Итого, если система не планирует обрабатывать динамическое моделирование или генеративное проектирование, то необходим процессор с максимальной тактовой частотой. Зачастую чипы с частотой выше среднего значения (4.5 ГГц) имеют по 6-8 ядер, вполне достаточных для параллельной работы и в других программах.

Рендеринг

Существует два популярных метода рендеринга изображений, видео и анимации: рендеринг на ЦП и рендеринг на графическом процессоре.

Если визуализируется сложная сцена, где точность имеет первостепенное значение – симуляция физики, симуляция воды и т.д., то лучше использовать CPU. Это связано с тем, что ЦП отлично справляется с обработкой большого количества информации и делает это точно. Рендеринг на CPU имеют доступ к оперативной памяти компьютера. Это позволяет использовать огромные объемы памяти, которые можно в любой момент нарастить. Как правило, большинство крупных студий предпочитают рендеринг на CPU из-за его универсальности и гибкости, но это также, как правило, и самый дорогой вариант.

Рендеринг ЦП использует все ядра ЦП на 100%. Если рабочая станция используется только для 3D-рендеринга изображений и анимации или для кодирования видео, то компьютеру нужен процессор, имеющий как можно больше ядер, даже если эти ядра имеют относительно низкую тактовую частоту. 

Как раз для таких задач существуют такие линейки процессоров как Intel Xeon, AMD EPYC и AMD Ryzen Threadripper, имеющие до 64 ядер. Как правило, при выборе процессора для рендеринга внимание уделяется именно количеству ядер и цене. Частота у моделей этих линеек заметно ниже тех же AMD Ryzen или Intel Core. Обусловлено это физическим пределом тепла, которое линейно зависит от произведения количества ядер на частоту каждого из них. Кстати, TDP топовых моделей достигает 280 Вт, подразумевающее дорогое водяное охлаждение и достойную цепь питания ЦП на (скорее всего серверной) материнской плате. Конечно, есть более дешевые варианты, например процессоры семейства i7-i9 или Ryzen 7-9, но скорость рендеринга будет уменьшаться пропорционально цене.

Программирование

Для программирования нужно немного: по сути, это написание текста. Компиляция или исполнение кода по современным меркам тоже не особо ресурсоемкая задача. Поэтому для кодинга подойдёт почти любой компьютер. Но для быстрой и корректной отладки уже написанных программ требуется более производительный системный блок.

При выборе процессора для такой сборки необходимо руководствоваться несколькими ключевыми требованиями. Программисту может потребоваться проверка написанных программ в разных операционных системах и при разных условиях, для чего создается множество виртуальных машин. У “камней” от AMD до сих пор наблюдаются проблемы с виртуализацией, в то время как процессоры от Intel справляются с данной задачей практически безупречно.

Следующий момент – это наличие достаточного количества ядер и потоков, позволяющих параллельно выполнять несколько задач. Недорогие модели с 6- и 8-ядерными процессорами идеально подойдут под запросы большинства программистов. Покупать системные блоки менее чем с 4 ядрами не рекомендуется, однако технически программировать позволят и двухъядерные модели с четырьмя потоками. 

От тактовой частоты зависит скорость выполнения кода, поэтому при большом бюджете стоит искать модели с приростом именно этого показателя. Большинству IT-специалистов вполне подойдут варианты с частотой 3-4 ГГц, сегодня это почти любой не серверный процессор. Поэтому брать для программирования топовые ЦП уровня i9 нет необходимости, хотя в редких случаях это будет оправдано.

Если в процессоре есть встроенное видеоядро, то этих мощностей хватит только для задач, связанных с текстовым отображением результатов или с простой 2D графикой. Для работы со сложной графикой рекомендуется покупать видеокарту отдельно. 

В 21 веке программирование решает широкий круг задач - от написания простейшего калькулятора до создания собственных криптовалют. И для решения всех этих задач требуются самые разные способы написания кода и, соответственно, самое разное аппаратное обеспечение. Однако для человека, который ещё не определился с решаемыми с помощью программирования задачами, будет актуален процессор со следующими характеристиками:

  1. Производитель Intel
  2. 4-6 ядер в моделях последних поколений
  3. Тактовая частота 3-4 ГГц и более (зависит от бюджета)
  4. Есть интегрированная графика последних поколений.

Майнинг

Процесс добычи криптовалюты путем нахождения хэша с помощью вычислительных мощностей центрального процессора называется майнингом на процессоре. Оптимизированные для процессоров алгоритмы добывания криптовалют имеют такие особенности, что проведение вычислений зависит от скорости произвольного доступа к памяти, которая наиболее быстрая в кэш-памяти процессоров.

Поэтому на таких алгоритмах процессоры с большим объемом кэш-памяти имеют производительность, сравнимую с многопотоковыми видеокартами. Кроме того, на скорость майнинга значительное влияние оказывает наличие аппаратной поддержки проведения криптографических вычислений. Для процессоров это набор инструкций AES. Старые процессоры, особенно серверные, могут иметь огромный кэш, но не поддерживать этих инструкций, поэтому они не могут обеспечить высокий хэшрейт для майнинга.

Как правило, для каждого потока нужно не менее 2 мегабайт кэша, поэтому, например, на Intel CPU i7-7700K (8 мегабайт кэш-памяти) нет смысла запускать больше 4 потоков. Если компьютер параллельно используется для других целей, то количество задействованных под майнинг потоков нужно уменьшать.

Нужно учитывать способность материнской платы постоянно обеспечивать питание процессора в максимальном режиме. В летнее время цепи питания процессора на материнской плате перегреваются, что может привести к пробою транзисторов и к выходу из строя не только платы, но и процессора.

Майнинг на процессоре сегодня не является прибыльным - только в некоторых криптовалютах можно получать деньги, способные окупить стоимость самого процессора через 15-20 лет непрерывной работы. А для него также требуется не дешевая материнская плата и блок питания, выходящие из строя при майнинге на процессоре чаще всего. Однако стоимость оптимизированных для процессоров криптовалют, как например Монеро, может измениться в будущем и отбить вложения. Также майнить на процессоре можно параллельно с обычными рабочими нагрузками или с майнингом на видеокарте.

Количество ядер на кристалле процессора ограничено единицами, в то время как у видеокарт их сотни и тысячи. Поэтому чаще всего процессор подбирается под систему для майнинга с одной или несколькими видеокартами. В таком случае от процессора требуется только передавать информацию между графическими устройствами и HDD (SSD), ОЗУ. Если он быстро работает, то майнеры и другие программы не будут лагать благодаря минимальному времени простоя. С другой стороны, процессоры, превышающие мощности стандартного современного двух-четырехядерника, будут сокращать время простоя весьма незначительно.

Большее внимание стоит уделить на потребление энергии, ведь процессор, как и ферма, планирует работать постоянно. Модели начального уровня, например линейки i3, Celeron, Athlon, Pentium, Ryzen 3, FX, AMD A, позволят сэкономить как на покупке самого чипа, так и на счетах за электричество.

Не стоит покупать процессоры со встроенными графическими ядрами. Они занимают часть PCI-E, из-за чего майнеры могут подключить на 2–4 видеокарты меньше. Для установки 5-10 карт потребуются материнская плата с достаточным количеством выходов PCI-E, поэтому сборку майнинг фермы стоит начать именно с неё. Выбранная плата будет иметь свой сокет, поддерживаемый только некоторыми ЦП, что может служить отправной точкой при подборе процессора.

Майнинг бывает разным и выбор комплектующих зависит от огромного количества условий, но, обобщая, можно сделать следующие выводы. При майнинге на CPU важно большое количества ядер процессора и наличие набора инструкций AES. При этом нужно помнить, что на каждый поток требуется 2 МБ кэш-памяти и что ЦП будет нуждаться в надежном питании и достаточном охлаждении. При майнинге на GPU процессор будет зависеть от сокета выбранной материнской платы. Стоит ориентироваться на модели начальных линеек с 2-4 ядрами на современной архитектуре без встроенного видеоядра.

Стриминг

Стриминг, или потоковая передача видео работает следующим образом. Компьютер захватывает видео с экрана – на это тратится немного ресурсов, но материал получается объёмным. Процессор или видеокарта уменьшают размер видео и аудио – кодируют его. После этого перекодированный вариант отправляется на сервер стриминговой площадки, а оттуда уже передается на экраны зрителей.

Другими словами, от процессора при стриминге требуется одновременно обрабатывать транслируемые программы, захватывать, кодировать и отправлять видео с экрана, камеры и аудио с микрофона. В таком случае процессору неплохо было бы иметь технологию Intel Quick Sync Video для ускоренного кодирования видеопотока во время потоковой передачи и на 2-4 ядра больше, чем нужно записываемой программе. 

К примеру, для трансляции старых или инди игр, а также для ток-шоу или просто общения будет достаточно 4-6 ядер на современной архитектуре. Например, для общепринятого качества видео в формате FullHD / 60 fps хватит мощности процессоров, схожих по производительности с AMD Ryzen 5 5500. Для более серьёзных игровых проектов или трансляции в 4К необходимы 8 и более ядер со стандартно высокой для подобных моделей тактовой частотой. 

При ограниченном бюджете можно переключиться на аппаратное ускорение обработки видеоматериала, используя для этого видеокарту. В этом случае подойдет даже процессор уровня Ryzen 5 3600XT, лишь бы его производительности хватало для самих игр. Однако тогда качество изображения или количество кадров в секунду может оказаться ниже, особенно в графически насыщенных играх, запуск которых сам по себе создает серьезную нагрузку на видеокарту.

Таким образом, выбирая процессор для стриминга необходимо ориентироваться на тип транслируемого контента и на мощность видеокарты. Ключевыми характеристиками будет наличие технологии аппаратного ускорения для кодирования и увеличенного количества ядер. Стоит брать модели с запасом по мощности в 30-100% относительно необходимого для транслируемых программ в зависимости от разрешения видео и количества fps.

Заключение

Итак, мы проанализировали какие характеристики процессора являются самыми важными при решении компьютером тех или иных задач. В поисках необходимых зависимостей между типом задачи и характеристикой ЦП был проведен анализ большого количества информации, представленной в сети интернет на самых разнообразных ресурсах. Статьи, написанные даже в 2020-2022 годах и предлагавшие для тех или иных целей определенные процессоры, всё ещё достойны внимания, но новые модели чипов, выпущенные за последние 3 года, значительно уменьшили их актуальность. Это подтверждает гипотезу о стремительно устаревающей информации в компьютерной сфере и проявляет необходимость в увеличении внимания покупателя в сторону типа характеристик, нежели их значений. В данной статье удалось проанализировать в таком ключе все планируемые виды нагрузок на ЦП. Также получилось дать объяснение причин именно таких зависимостей характеристик процессора от поставленных задач.

Однако в статье были указаны и конкретные ограничивающие значения для ключевых характеристик в рамках рассматриваемого сценария использования ПК. Например, процессор для работы в видеоредакторе должен иметь тактовую частоту от 4.5 ГГц, 6-10 ядер, кэш-память L3 от 20 МБ, поддержку Intel Quick Sync Video или Video Core Next, а также шину PCIe® версии 4.0 и новее. 

Данный материал призван помочь простому обывателю ответить на вопрос “Как выбрать процессор?” и показать на примере ЦП, что компьютерные комплектующие могут быть понятным и закономерным образом отсортированы относительно поставленных перед системой задач и включены в итоговую конфигурацию ПК.

Поделиться

425

Пушкин С. А. Принципы и особенности выбора центрального процессора при сборке компьютеров для решения самых разных задач // Актуальные исследования. 2023. №23 (153). Ч.I.С. 27-37. URL: https://apni.ru/article/6491-printsipi-i-osobennosti-vibora-tsentralnogo

Другие статьи из раздела «Технические науки»

Все статьи выпуска
Актуальные исследования

#26 (208)

Прием материалов

22 июня - 28 июня

осталось 4 дня

Размещение PDF-версии журнала

3 июля

Размещение электронной версии статьи

сразу после оплаты

Рассылка печатных экземпляров

12 июля