Intel Thread Director: วิธีการทำงานของระบบอัจฉริยะแบบไฮบริดคอร์

อินฟอร์เมเทค ดิจิตอล » Recursos » Intel Thread Director: วิธีการทำงานของระบบอัจฉริยะแบบไฮบริดคอร์

หากคุณเคยได้ยินเกี่ยวกับโปรเซสเซอร์ไฮบริดรุ่นใหม่ของ Intel และคำว่าThread Director ฟังดูคุ้นเคย แต่ไม่แน่ใจว่ามันทำงานอย่างไรคุณมาถูกที่แล้ว เทคโนโลยีนี้เป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่าทำไม Alder Lake, Raptor Lake, Meteor Lake และรุ่นต่อๆ มาจึงทำงานได้ดีเยี่ยม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเล่นเกม การทำงานหลายอย่างพร้อมกัน และเครื่องเสมือน

มาดูกันให้ละเอียดขึ้นว่าIntel Thread Director ทำงานภายในอย่างไร แก้ปัญหาอะไรได้บ้าง และมีข้อจำกัดอะไรบ้างคุณจะเห็นว่ามันไม่ใช่เวทมนตร์หรือปุ่มเทอร์โบที่ซ่อนอยู่ แต่เป็นเพียงส่วนประกอบหนึ่งในระบบที่ซับซ้อน ซึ่งระบบปฏิบัติการ คอร์ P และคอร์ E ต่างก็มีบทบาทสำคัญ

Intel Thread Director คืออะไร และมีอยู่เพื่ออะไร?

การมาถึงของโปรเซสเซอร์ Core เจนเนอเรชั่นที่ 12 หมายความว่า Intel เลือกใช้สถาปัตยกรรมคอร์แบบไฮบริด โดยมีคอร์ P ประสิทธิภาพสูงและคอร์ E ประหยัดพลังงานสูงก่อนหน้านั้น ในโลกของพีซีเดสก์ท็อป โปรเซสเซอร์ที่มีคอร์ประเภทเดียวกันทั้งหมดเป็นเรื่องปกติ ในขณะที่แนวทาง "big.LITTLE" นี้เป็นเรื่องปกติของ SoC สำหรับอุปกรณ์พกพาที่ใช้สถาปัตยกรรม ARM

การเปลี่ยนแปลงนี้ก่อให้เกิดปัญหาอย่างร้ายแรง: ระบบปฏิบัติการเดสก์ท็อปไม่ได้ถูกออกแบบมาให้แยกแยะความแตกต่างระหว่างคอร์ที่มีกำลังและประสิทธิภาพต่างกันเมื่อจัดสรรเธรดและกระบวนการตัวจัดตารางงานมองเห็นเพียง "X คอร์" และกระจายภาระงานโดยไม่พิจารณาว่าคอร์ประเภทใดเหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละงาน

เพื่อแก้ไขปัญหานี้ อินเทลได้สร้างสิ่งที่เรียกว่าIntel Thread Director ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ผสานรวมอยู่ในซีพียู โดยจะวิเคราะห์พฤติกรรมของกระบวนการทำงานและให้คำแนะนำแก่ระบบปฏิบัติการเกี่ยวกับตำแหน่งที่จะจัดวางกระบวนการเหล่านั้น สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ นี่ไม่ใช่สิ่งที่จะมาแทนที่ตัวจัดตารางเวลาของระบบปฏิบัติการ แต่เป็นเครื่องมือที่มีความละเอียดสูงและมีความเชี่ยวชาญเฉพาะด้าน

ตรงกันข้ามกับสิ่งที่หลายคนเข้าใจผิดThread Director ไม่ใช่ชิปแยกต่างหากหรือ "หน่วยวิเศษ" ภายในโปรเซสเซอร์มันประกอบด้วยตรรกะและไมโครโค้ดที่ทำงานบน CPU เอง โดยรวบรวมข้อมูลการวัดระยะทางอย่างละเอียดและแสดงผลให้ระบบปฏิบัติการทราบผ่านอินเทอร์เฟซเฉพาะ

วิธีการทำงานภายในของ Thread Director

ในเชิงแนวคิดแล้ว Thread Director ทำงานคล้ายกับระบบการประมวลผลแบบคาดการณ์ล่วงหน้าที่มีการควบคุม ซึ่งจะประเมินพฤติกรรมของเธรดก่อนที่จะตัดสินใจเลือกคอร์ที่เหมาะสมที่สุดในการทำเช่นนั้น มันจะใช้เธรดการประมวลผลหนึ่งในเธรดของ P-Core ใน Alder Lake และ Raptor Lake ในขณะที่ใน Meteor Lake และรุ่นต่อมา มันจะใช้ E-Core ที่ใช้พลังงานต่ำภายใน Tile SoC

ตรรกะนี้จะตรวจสอบคำสั่ง รูปแบบการเข้าถึง และต้นทุนการคำนวณของการรันอัลกอริธึม มันไม่ได้ดูแค่รายการคำสั่งแบบคงที่เท่านั้น แต่จะสังเกตพฤติกรรมในโลกแห่งความเป็นจริงในช่วงเวลาสั้นๆ เพื่อพิจารณาว่าภาระงานนั้นเบา ปานกลาง มีการประมวลผลแบบขนานสูง ใช้หน่วยความจำมาก หรืออื่นๆ

การวิเคราะห์นี้ถูกเข้ารหัสไว้ในโครงสร้างข้อมูลที่เชื่อมโยงกับรีจิสเตอร์ IA32_THREAD_FEEDBACK_CHAR ซึ่งเก็บข้อมูลสำคัญสามประเภทเกี่ยวกับแต่ละเธรดได้แก่ คลาสของงานคะแนนประสิทธิภาพและคะแนนประสิทธิภาพการใช้พลังงาน โดยทั้งหมดอยู่ในรูปแบบที่เรียบง่ายเพื่อให้ระบบปฏิบัติการสามารถใช้งานได้อย่างรวดเร็ว

ส่วนแรกเป็นการจำแนกประเภทของกระบวนการออกเป็นสี่ประเภทที่แตกต่างกันซึ่งจะช่วยให้ผู้วางแผนเข้าใจว่าแกนหลักประเภทใดเหมาะสมที่สุด:

• คลาส 0: เธรดที่สามารถเรียกใช้งานได้โดยไม่มีปัญหาใหญ่ทั้งบน P-Core และ E-Core
• คลาส 1: งานที่ทำงานได้ดีกว่าอย่างเห็นได้ชัดบน P-Cores เนื่องจากความต้องการประสิทธิภาพสูงสุดหรือความหน่วงต่ำ
• คลาส 2: งานที่แนะนำให้ย้ายไปยัง E-Core เนื่องจากมีน้ำหนักเบากว่า หรือได้รับประโยชน์จากการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
• คลาส 3กระบวนการที่มีลูปต้นทุนสูง อาจใช้เวลารอคอยนาน หรือมีพฤติกรรมที่อาจเป็นอันตรายต่อเธรดอื่นหากมีการผสมผสานอย่างไม่ถูกต้อง ดังนั้นจึงต้องได้รับการจัดการเป็นพิเศษ

นอกจากคลาสแล้ว ยังมีการจัดเก็บคะแนนประสิทธิภาพตั้งแต่ 0 ถึง 255 ซึ่งสะท้อนให้เห็นว่าเธรดนั้นทำงานได้ดีเพียงใดบนคอร์เฉพาะนั้นๆ ในทำนอง เดียวกัน ยังมีคะแนนอีกชุดหนึ่งตั้งแต่ 0 ถึง 255 เพื่อบ่งชี้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการทำงานบนคอร์ประเภทนั้นภายใต้สภาวะปัจจุบัน

ด้วยข้อมูลการวัดระยะทางดังกล่าว ระบบปฏิบัติการสามารถตัดสินใจได้อย่างชาญฉลาดมากขึ้นว่าควรส่งเธรดใดไปยัง P-Core และควรส่งเธรดใดไปยัง E-Coreโดยไม่เพียงแต่พิจารณาจากประเภทของคอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงภาระงานปัจจุบัน จำนวนงานที่ใช้งานอยู่ และลำดับความสำคัญของเซสชันผู้ใช้ด้วย

ความสำคัญของการให้คะแนนและการแบ่งภาระงาน

ในซีพียูสมัยใหม่ที่มีหลายคอร์ การตัดสินใจว่าเธรดใดควรทำงานบน P-Core หรือ E-Core นั้นไม่เพียงพออีกต่อไปแล้วแต่ยังสำคัญด้วยว่าเธรดแต่ละตัวควรทำงานบนคอร์ใด เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาคอขวดและการใช้งานคอร์ที่ไม่เต็มประสิทธิภาพนี่คือจุดที่คะแนนประสิทธิภาพและประสิทธิผลที่ได้จาก Thread Director มีบทบาทสำคัญ

ด้วยการประเมินเชิงตัวเลขนี้ ตัวจัดตารางการทำงานของระบบปฏิบัติการจึงสามารถปรับสมดุลภาระงานระหว่างคอร์ประเภทเดียวกันได้ โดยจะจัดสรรเธรดที่มีภาระงานมากที่สุดไปยังคอร์ที่มีภาระงานน้อยที่สุดก่อนและใช้พื้นที่ว่างที่มีอยู่ทั้งหมดให้เกิดประโยชน์สูงสุด แนวคิดก็คือเพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้คอร์ P ทำงานจนเต็มประสิทธิภาพในขณะที่คอร์อื่น ๆ แทบไม่ได้ใช้งาน หรือคอร์ E ถูกใช้งานน้อยเกินไปจนทำงานที่ไม่จำเป็น

ข้อดีอีกประการหนึ่งคือ Thread Director ช่วยให้ตรวจจับได้อย่างรวดเร็วว่าภาระงานใดเหมาะสมที่สุดกับคอร์ประเภทใด โดยพิจารณาจากชุดคำสั่งหรือคุณลักษณะของคอร์นั้นหากในระหว่างการประเมินพบว่าเธรดใช้คำสั่งที่รองรับเฉพาะคอร์ P เท่านั้น (ตัวอย่างเช่น ชุดคำสั่ง AVX ขั้นสูงบางชุด) ระบบปฏิบัติการจะทราบว่าเธรดนี้จะต้องถูกกำหนดให้กับคอร์ P

นอกจากนี้ยังมีความเกี่ยวข้องในสถานการณ์ที่กระบวนการเดียวมีการเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา เช่น อาจเริ่มต้นด้วยกระบวนการที่เบาบาง ไปสู่ขั้นตอนที่ต้องใช้การคำนวณอย่างหนัก และจากนั้นกลับสู่สถานะที่ผ่อนคลายมากขึ้นการป้อนกลับอย่างต่อเนื่องช่วยให้เธรดเหล่านี้สามารถย้ายไปมาระหว่าง P และ E ได้ ขึ้นอยู่กับสิ่งที่พวกมันกำลังทำอยู่ในขณะนั้น โดยที่แอปพลิเคชันไม่จำเป็นต้องรับรู้ถึงสถาปัตยกรรมแบบไฮบริด

ในทางปฏิบัติ กลไกนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ผู้ใช้รับรู้ว่าระบบตอบสนองได้อย่างราบรื่น ไม่ว่าจะกำลังเล่นเกมที่ต้องการประสิทธิภาพสูง เปิดแอปพลิเคชันหลายตัว เล่นเนื้อหา หรือปล่อยให้กระบวนการทำงานอยู่เบื้องหลังการจัดสรรทรัพยากรแบบไดนามิกจะป้องกันไม่ให้งานเบื้องหลังง่ายๆ ใช้ทรัพยากร P-Core ทั้งหมด ในขณะที่ E-Core ว่างอยู่

Thread Director ไม่ได้ "สั่งการ" แต่เป็นระบบปฏิบัติการที่เป็นผู้ตัดสินใจ

ชื่ออาจทำให้เข้าใจผิดได้ เพราะ "Director" ฟังดูเหมือนเป็นผู้ควบคุม แต่ในความเป็นจริงแล้วThread Director ไม่ได้เป็นผู้ตัดสินใจขั้นสุดท้ายว่าแต่ละเธรดจะทำงานที่ใดตัวจัดตารางเวลาของระบบปฏิบัติการยังคงเป็นผู้ตัดสินใจขั้นสุดท้าย โดยจะใช้หรือเพิกเฉยต่อข้อมูลที่ได้รับจาก CPU ตามตรรกะของมันเอง

สิ่งนี้สังเกตได้ชัดเจนในสถานการณ์ทั่วไป เช่น เมื่อคุณส่งแอปพลิเคชันที่ใช้ทรัพยากรมากไปทำงานในพื้นหลัง ตัวอย่างเช่น การเรนเดอร์ใน Blender แล้วยังคงใช้งานคอมพิวเตอร์สำหรับงานอื่นๆ ต่อไป Windows จะตีความว่าสิ่งที่ทำงานอยู่เบื้องหน้ามีความสำคัญมากกว่าสำหรับผู้ใช้ ดังนั้นจึงลดทรัพยากรที่จัดสรรให้กับการเรนเดอร์และสามารถโยกย้ายภาระงานหลักไปยัง E-Cores ได้

ในทำนองเดียวกัน แอปพลิเคชันที่ใช้ทรัพยากรน้อยซึ่งทำงานอยู่ในหน้าต่างที่ใช้งานอยู่ อาจใช้ P-Core ได้เพียงเพราะอยู่ในสถานะโฟกัส แม้ว่าการใช้งาน CPU จะไม่สูงเป็นพิเศษก็ตาม นี่แสดงให้เห็นว่าเกณฑ์ของระบบปฏิบัติการ (สถานะเบื้องหน้า/เบื้องหลัง ลำดับความสำคัญของกระบวนการ นโยบายการใช้พลังงาน) มีความสำคัญมากกว่าความคิดเห็นของ Thread Director

กล่าว โดยสรุป Thread Director ทำหน้าที่เป็นเหมือน "ที่ปรึกษาผู้เชี่ยวชาญ" ให้กับตัวจัดตารางการทำงานของระบบ แต่หากระบบปฏิบัติการไม่สามารถเข้าใจมันได้ หรือให้ความสำคัญกับกฎเกณฑ์อื่นๆ มากกว่า การจัดสรรเธรดก็จะไม่เหมาะสมนี่คือเหตุผลที่ทำให้ Windows 10, Windows 11 และระบบปฏิบัติการ Linux ต่างๆ มีความแตกต่างกันอย่างชัดเจนในการใช้ประโยชน์จากซีพียูแบบไฮบริด

จากมุมมองของนักพัฒนาแอปพลิเคชัน สิ่งที่น่าสนใจคือ ในกรณีส่วนใหญ่ ไม่จำเป็นต้องเขียนซอฟต์แวร์ใหม่โดยเฉพาะสำหรับ P-Cores และ E-Coresตราบใดที่ระบบปฏิบัติการรองรับ Thread Director การกระจายภาระงานส่วนใหญ่ก็จะดำเนินการได้อย่างเหมาะสมโดยไม่ต้องเปลี่ยนแปลงโค้ด ยกเว้นในบางสถานการณ์ที่เฉพาะเจาะจงมาก ๆ

พฤติกรรมในเกมและภาระงานในโลกแห่งความเป็นจริง: คอร์ P, คอร์ E และเธรดรอง

หนึ่งในหัวข้อที่สร้างความสับสนมากที่สุดคือสิ่งที่เกิดขึ้นในเกมสมัยใหม่ที่ใช้เธรดจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อจำนวนงานเกินกว่าจำนวน P-Core ที่มีอยู่ และมีการใช้ E-Core สำหรับเธรดรองนี่คือจุดที่ทฤษฎีมาบรรจบกับการปฏิบัติจริง

แนวคิดของ Intel คือ ในสถานการณ์ทั่วไปเธรดเกมที่สำคัญ (การเรนเดอร์ ตรรกะหลัก ฟิสิกส์ที่สำคัญ) จะตกไปอยู่ในมือของ P-Coreในขณะที่ E-Core จะดูแลเธรดที่มีลำดับความสำคัญต่ำกว่า งานระบบ และกระบวนการทำงานเบื้องหลัง เช่น การ์ดจับภาพ แชท เว็บเบราว์เซอร์ เป็นต้น

ตัวอย่างเช่น เมื่อเกมเริ่มทำงาน เธรดที่เก้าหรือสิบซึ่งใช้ทรัพยากร P-Core เพียง 10% ถึง 30% เป็นบางครั้งเท่านั้นตัวจัดการเธรด (Thread Director) สามารถแนะนำให้ระบบปฏิบัติการย้ายเธรดนั้นไปยัง E-Core ได้ ตัวจัดตารางเวลา (Scheduler) ซึ่งทราบว่าเธรดนี้ไม่สำคัญมากนักและพิจารณาจากคะแนนประสิทธิภาพ/ประสิทธิผล จึงส่งเธรดนั้นไปยังคอร์ที่มีประสิทธิภาพโดยไม่ส่งผลกระทบต่อประสบการณ์การเล่นเกม

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่า E-Core มีประสิทธิภาพน้อยกว่า P-Core แต่หากปริมาณงานไม่มากก็สามารถใช้ทรัพยากรของ E-Core ได้ในสัดส่วนที่มากขึ้น (เช่น 60%) และยังคงให้ประสิทธิภาพที่จำเป็นโดยไม่เกิดปัญหาคอขวดซึ่งจะช่วยให้ P-Core ว่างสำหรับงานที่สำคัญจริงๆ และใช้ประโยชน์จากซิลิคอนที่มีอยู่ได้ดียิ่งขึ้น

ในเกมที่ออกแบบมาอย่างดีส่วนใหญ่ที่ทำงานบน Windows 11 การทำงานร่วมกันของตัวจัดตารางเวลาที่รองรับการทำงานแบบไฮบริดและ Thread Director จะให้ประสิทธิภาพที่เสถียรในประมาณ 99% ของกรณีอย่างไรก็ตาม มีบางเกมหรือบางเอนจิ้นที่มีรูปแบบการทำงานของเธรดที่ค่อนข้างผิดปกติ ซึ่งการกระจายเธรดอาจไม่สมบูรณ์แบบ แต่โดยทั่วไปแล้วกรณีเหล่านี้เป็นข้อยกเว้น

ความสัมพันธ์กับ Windows 11, Windows 10 และความเข้ากันได้โดยทั่วไป

หนึ่งในประเด็นสำคัญคือWindows 11 ได้รับการพัฒนาร่วมกันโดยตรงระหว่าง Microsoft และ Intel เพื่อใช้ประโยชน์จากสถาปัตยกรรมแบบไฮบริดอย่างเต็มที่และใช้งาน Thread Director ได้อย่างเป็นธรรมชาติซึ่งรวมถึงตัวกำหนดตารางเวลาที่ได้รับการปรับปรุง นโยบายการใช้พลังงานเฉพาะ และการผสานรวมข้อมูลการวัดระยะทางจาก CPU อย่างละเอียดมากขึ้น

อย่างไรก็ตาม ใน Windows 10 ตัวจัดตารางงานไม่ได้ถูกออกแบบมาตั้งแต่เริ่มต้นให้เข้าใจคอร์ P และคอร์ E หรือตีความสัญญาณจาก Thread Director ได้อย่างถูกต้องมันทำงานได้ แต่การจัดสรรงานนั้น "มืดมน" กว่า และด้วยเหตุนี้ประสิทธิภาพและประสิทธิผลจึงอาจต่ำกว่าอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับ CPU ตัวเดียวกันใน Windows 11

ใน Linux เรื่องราวกลับแตกต่างออกไป ในช่วงแรกเคอร์เนลไม่ได้ใช้ประโยชน์จากคอร์ไฮบริดของ Intel อย่างเต็มที่ ส่งผลให้ประสิทธิภาพแย่กว่า Windows อย่างมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้ภาระงานแบบผสมผสานและในระบบเวอร์ชวลไลเซชัน แต่เมื่อเวลาผ่านไป ตัวกำหนดตารางเวลาของเคอร์เนลและอินเทอร์เฟซกับ Thread Director ก็ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น

ด้วยแพตช์เคอร์เนลล่าสุด Intel ได้เพิ่มการสนับสนุนขั้นสูงสำหรับ Thread Director และยังได้พัฒนา Thread Director Virtualization อีกด้วยซึ่งช่วยให้ระบบปฏิบัติการแขก เช่น เครื่องเสมือน Windows 11 สามารถใช้ประโยชน์จากตรรกะการจัดกำหนดการแบบ ITD ได้ แม้ว่าจะทำงานอยู่บนระบบปฏิบัติการ Linux ก็ตาม

จากการทดสอบด้วยโปรเซสเซอร์ Core i9-13900K ที่ทำงานบน Windows 11 ภายในเครื่องเสมือน Linux พบว่าประสิทธิภาพใน 3DMark ดีขึ้นสูงสุดถึง 14% เมื่อใช้ประโยชน์จากการจัดสรรระหว่าง P-cores และ E-cores จากเครื่องเสมือนอย่างเหมาะสมการเพิ่มประสิทธิภาพนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับเซิร์ฟเวอร์ที่ให้บริการเกมบนคลาวด์หรือเดสก์ท็อปเสมือนหลายเครื่อง

ผู้อำนวยการฝ่ายดูแลเส้นทางเดินป่าที่ทะเลสาบอัลเดอร์ ทะเลสาบแรปเตอร์ ทะเลสาบเมเทอร์ และพื้นที่อื่นๆ

Thread Director เปิดตัวอย่างเป็นทางการพร้อมกับโปรเซสเซอร์ Intel Core เจนเนอเรชั่นที่ 12 (Alder Lake) ซึ่งนำสถาปัตยกรรมไฮบริดมาใช้กับเดสก์ท็อปเป็นครั้งแรกชิปเหล่านี้ผสมผสาน P-Core ประสิทธิภาพสูงเข้ากับ E-Core ประหยัดพลังงาน และผลิตโดยใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบ Intel 7 ซึ่งสืบทอดเทคโนโลยีจากรุ่นก่อนๆ ของแบรนด์มามากมาย

ในโปรเซสเซอร์ Alder Lake-S ซึ่งออกแบบมาสำหรับเดสก์ท็อปและใช้ซ็อกเก็ต LGA1700 เราจะพบคอร์มากถึง 16 คอร์ (8 คอร์ P + 8 คอร์ E) และ 24 เธรดโดยรวม รองรับ DDR5 เข้ากันได้กับ DDR4 และมีเลน PCIe 5.0 โดยตรงจาก CPUนอกจากนี้ยังเสริมด้วยIntel Smart Cache แบบคลาสสิก (แคช L3 แบบใช้ร่วมกัน) และแคช L2 ที่ได้รับการจัดระเบียบใหม่เพื่อรองรับคอร์ทั้งสองประเภท

คอร์ P มีแคช L2 ขนาด 1,25 MB ต่อคอร์ ในขณะที่คอร์ E จะถูกจัดกลุ่มเป็นคลัสเตอร์ละสี่คอร์ ซึ่งใช้แคช L2 ร่วมกันขนาด 2 MBนอกจากนี้ยังมีแคช L3 (LLC) ขนาดสูงสุด 30 MB ที่ใช้ร่วมกันทุกคอร์ ซึ่งช่วยลดความหน่วงและปรับปรุงการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างเธรดประเภทต่างๆ

แพลตฟอร์มนี้ยังเพิ่มการรองรับ PCIe 5.0 (สูงสุด 16 เลนจาก CPU), เลน PCIe 4.0 เพิ่มเติมจากชิปเซ็ต Z690, WiFi 6E ในตัว และความเข้ากันได้กับ Thunderbolt 4แม้ว่าการ์ดจอและ SSD ที่รองรับ PCIe 5.0 จะมีจำนวนจำกัดในช่วงเปิดตัว แต่โครงสร้างพื้นฐานก็พร้อมใช้งานอยู่แล้ว

ด้วย Raptor Lake อินเทลได้ปรับปรุงแนวทางนี้ แต่การเปลี่ยนแปลงที่แท้จริงใน Thread Director เกิดขึ้นกับ Meteor Lake: ตรรกะการประเมินผลทำงานบน E-Core พลังงานต่ำที่อยู่ใน SoC Tile ซึ่งเป็นบล็อกที่เข้าถึง RAM ได้โดยตรงด้วยตัวควบคุมหน่วยความจำแบบรวมจากนั้นแต่ละกระบวนการจะได้รับการวิเคราะห์ และตัดสินใจว่าจะสามารถแก้ไขได้บน E-Core เหล่านั้นหรือควรส่งต่อไปยัง Compute Tile ซึ่งเป็นที่ตั้งของคอร์ที่มีประสิทธิภาพมากกว่า

นั่นหมายความว่า ตั้งแต่ Meteor Lake เป็นต้นไปThread Director ไม่จำเป็นต้องจัดการการทำงานโดยตรงระหว่าง "คอร์สามประเภท" อย่างต่อเนื่องอีกต่อไป เพราะงานที่มีความต้องการพลังประมวลผลต่ำจำนวนมากจะได้รับการแก้ไขก่อนที่จะถึงคอร์ P หลักเฉพาะเมื่อตรวจพบว่าภาระงานต้องการพลังประมวลผลเพิ่มเติมเท่านั้น จึงจะมีการถ่ายโอนไปยังบล็อกประมวลผลประสิทธิภาพสูง

การบูรณาการกับสถาปัตยกรรมไฮบริด Alder Lake-S

ในระบบนิเวศของเดสก์ท็อป โปรเซสเซอร์ Alder Lake-S แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าThread Director สามารถนำอะไรมาสู่โปรเซสเซอร์ไฮบริดได้บ้าง โดยมีเป้าหมายที่ชัดเจน ได้แก่ การเล่นเกม การสร้างคอนเทนต์ และการโอเวอร์คล็อกขั้นสูง Intel ได้ออกแบบแพลตฟอร์มใหม่ทั้งหมดเพื่อใช้ประโยชน์จากส่วนผสมของคอร์เหล่านี้

สถาปัตยกรรมไฮบริดนี้ละทิ้งแนวทางแบบโมโนลิธิกแบบเดิม และนำเสนอโมเดลที่คล้ายกับARM big.LITTLE มาก โดยมี P-Core ที่ออกแบบมาสำหรับงานหนัก และ E-Core ที่เน้นความสามารถในการปรับขนาดและประสิทธิภาพการทำงานแบบมัลติทาสก์การผสมผสานนี้ทำให้ IPC ต่อคอร์เพิ่มขึ้น 19% เมื่อเทียบกับเจเนอเรชั่นที่ 11 ตามการวัดภายในของ Intel

ในการใช้งานทั่วไป หมายความว่าเมื่อเล่นเกมหน่วยประมวลผล P-Core จะจัดการกับเอนจิ้นเกม ในขณะที่หน่วยประมวลผล E-Core จะดูแลงานเบื้องหลัง เช่น การสตรีมมิ่ง Discord การท่องเว็บ และกระบวนการของระบบ Intel ได้แสดงให้เห็นถึงการปรับปรุงประสิทธิภาพในการเล่นเกมได้สูงสุดถึง 19% และในสถานการณ์ "เล่นเกม + สตรีมมิ่ง" ได้สูงสุดถึง 84% เมื่อเทียบกับ Core i9-11900K

พฤติกรรมนี้อาศัยความสามารถของ Thread Director ในการตรวจจับว่าเธรดใดมีความสำคัญต่อความหน่วงของเกม และเธรดใดเป็นเธรดเสริมที่สามารถโอนไปยัง E-Core ได้โดยไม่ส่งผลเสียต่อประสบการณ์การเล่นเกมซึ่งจะช่วยรักษาอัตราเฟรมต่อวินาที (FPS) และลดความเสี่ยงของการกระตุกเมื่อมีหลายสิ่งเกิดขึ้นพร้อมกัน

แพลตฟอร์ม Alder Lake ยังได้นำกลไกการจัดการพลังงานใหม่มาใช้ โดยจับคู่ PL1 และ PL2 เพื่อรักษาระดับความถี่บูสต์ได้นานขึ้นซึ่งได้รับประโยชน์จากการมีอยู่ของ E-Core ที่สามารถรับภาระงานเบาได้โดยที่ P-Core ไม่ต้องทำงานที่ขีดจำกัดความร้อนตลอดเวลา

การโอเวอร์คล็อก หน่วยความจำ และเครื่องมือที่เกี่ยวข้อง

โปรเซสเซอร์ Alder Lake-S มาพร้อมกับการอัปเดตเครื่องมือปรับแต่ง โดยเริ่มจากIntel Extreme Tuning Utility (XTU) 7.5 ซึ่งเพิ่มการควบคุมความถี่ E-Core โดยเฉพาะ และรองรับ DDR5 อย่างเต็มรูปแบบนอกจากนี้ยังมีระบบตรวจสอบข้อมูล P-Core และตัวเลือกการจัดการ BCLK ภายในใหม่ด้วย

หนึ่งในคุณสมบัติใหม่ที่สำคัญสำหรับหน่วยความจำคือXMP 3.0 ซึ่งขยายโปรไฟล์การโอเวอร์คล็อกเป็นห้าโปรไฟล์ต่อโมดูล (สามโปรไฟล์จากผู้ผลิตและสองโปรไฟล์ที่ผู้ใช้กำหนดเองได้)โปรไฟล์ที่กำหนดเองเหล่านี้สามารถตั้งชื่อได้สูงสุด 16 ตัวอักษร ทำให้ง่ายต่อการระบุการตั้งค่าที่ใช้งานอยู่ได้อย่างรวดเร็ว

นอกจากนี้ XMP 3.0 ยังอนุญาตให้ปรับแรงดันไฟฟ้าต่างๆ เช่น VDD, VDDQ และ VPP ได้ด้วยตนเองทำให้ผู้ใช้งานระดับสูงมีอิสระในการใช้งานหน่วยความจำ DDR5 ให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด แม้ว่า Thread Director จะไม่ส่งผลกระทบต่อหน่วยความจำโดยตรง แต่แพลตฟอร์มทั้งหมดได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงภาระงานที่ต้องการประสิทธิภาพสูงหลากหลายประเภท

นอกจากนี้ยังมีการเพิ่ม เทคโนโลยี Dynamic Memory Boost ซึ่งเป็นเหมือน "เทอร์โบ" อัตโนมัติสำหรับ RAM ที่จะเปิดใช้งานโปรไฟล์ XMP เมื่อตรวจพบภาระงาน และกลับสู่สถานะพื้นฐานเมื่อความต้องการลดลงหลักการทำงานนี้คล้ายกับวิธีการทำงานของ Turbo Boost ใน CPU และช่วยปรับสมดุลประสิทธิภาพ การใช้พลังงาน และอุณหภูมิโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงจากผู้ใช้ตลอดเวลา

ทั้งหมดนี้ได้รับการเสริมด้วยชิปเซ็ต Z690 ซึ่งรองรับการโอเวอร์คล็อก CPU และหน่วยความจำอย่างเต็มที่ รวมถึงเลน PCIe 4.0 และการเชื่อมต่อที่ทันสมัย ​​เช่น USB 3.2 Gen 2x2 และ WiFi 6E (Gig+)แนวคิดก็คือแพลตฟอร์มโดยรวมพร้อมที่จะใช้ประโยชน์จากพฤติกรรมแบบไดนามิกที่ Thread Director ช่วยอำนวยความสะดวกในการจัดสรรเธรด

ลินุกซ์ เซิร์ฟเวอร์ และระบบเวอร์ชวลไลเซชันด้วย Thread Director

นอกเหนือจากคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปที่บ้านแล้ว Thread Director กำลังมีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อม Linux ที่ใช้งานเครื่องเสมือนหลายเครื่องหรือบริการสตรีมมิ่งเกมบนคลาวด์ในกรณีนี้ การจัดสรรคอร์อย่างมีประสิทธิภาพจะส่งผลโดยตรงต่อการประหยัดต้นทุนและคุณภาพการบริการที่ดีขึ้น

เมื่อเร็วๆ นี้ Intel ได้ปล่อยแพตช์เคอร์เนล Linux ชุดหนึ่งที่ช่วยปรับปรุงการทำงานร่วมกันของ Thread Director และตรรกะการจัดตารางงานสำหรับซีพียูแบบไฮบริดอย่างมีนัยสำคัญการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่เพียงแต่ปรับวิธีการกระจายงานบนโฮสต์เท่านั้น แต่ยังแนะนำแนวคิดของการจำลองเสมือน Thread Director อีกด้วย

ด้วยเทคโนโลยีเวอร์ชวลไลเซชันนี้ เครื่องเสมือน (เช่น Windows 11 ในฐานะเครื่องเกสต์) สามารถรับและใช้ข้อมูลจาก Thread Director ได้แม้ในขณะที่ทำงานอยู่บนโฮสต์ Linuxผลลัพธ์ที่ได้คือ เครื่องเกสต์สามารถกระจายภาระงานของตนเองไปยังคอร์ P และคอร์ E เสมือนได้ดีขึ้น ทำให้ประสิทธิภาพใกล้เคียงกับประสิทธิภาพดั้งเดิมมากขึ้น

ผลการทดสอบที่เผยแพร่แสดงให้เห็นว่า ในสถานการณ์การเล่นเกมบนเครื่องเสมือน Windows 11 บนโฮสต์ Linux ที่ใช้โปรเซสเซอร์ Core i9-13900Kประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้ถึง 14% ในการทดสอบมาตรฐานต่างๆ เช่น 3DMark สำหรับผู้ให้บริการสตรีมมิ่งบนคลาวด์ที่ใช้ Linux การเพิ่มขึ้นนี้ถือว่ามีความสำคัญอย่างมาก

สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือการปรับปรุงประสิทธิภาพเหล่านี้มีจุดประสงค์หลักสำหรับสภาพแวดล้อมระดับมืออาชีพและเซิร์ฟเวอร์ซึ่ง Linux มีส่วนแบ่งการตลาดมากกว่า Windows Server มาก ในสภาพแวดล้อมภายในบ้าน ผู้ใช้ทั่วไปจะไม่สังเกตเห็นความแตกต่างมากนัก แม้ว่าการปรับปรุงการจัดการซีพียูแบบไฮบริดในเคอร์เนลจะเป็นข่าวดีเสมอ

ข้อจำกัด ความเชื่อผิดๆ และสิ่งที่เราคาดหวังได้

ถึงแม้ว่า Thread Director จะมีข้อดีมากมาย แต่ก็ไม่ควรยกย่องมันมากเกินไป ประการแรก สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่ามันไม่สามารถชดเชยระบบปฏิบัติการที่ปรับแต่งไม่ดี หรือเอนจิ้นเกมที่มีการจัดการเธรดที่บกพร่องได้ทั้งหมดหากซอฟต์แวร์กระจายภาระงานได้ไม่ดี CPU ก็จะรับมือได้เพียงเท่านี้

นี่ไม่ใช่เทคโนโลยีมหัศจรรย์ที่จะรับประกันได้ว่าจะไม่มีกรณีแปลกๆ ที่เธรดสำคัญไปอยู่ใน E-Core หรือภารกิจเบาๆ อยู่ใน P-Core นานเกินความจำเป็นการตอบสนองนั้นรวดเร็ว แต่ไม่ทันที และมักจะมีรูปแบบการโหลดที่ผิดปกติซึ่งอาจทำให้ตัวจัดตารางงานสับสนได้เสมอ

อีกหนึ่งความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือ การใช้ Thread Director จะช่วยให้นักพัฒนาเกมและแอปพลิเคชันไม่ต้องกังวลเรื่องสถาปัตยกรรมแบบไฮบริดอีกต่อไปแม้ว่าในกรณีส่วนใหญ่ระบบปฏิบัติการจะจัดการทุกอย่างได้ค่อนข้างดี แต่เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด การออกแบบเอนจิ้นที่สามารถจัดประเภทเธรดของตัวเอง กำหนดลำดับความสำคัญที่เหมาะสม และหลีกเลี่ยงการโอเวอร์โหลดที่ควบคุมไม่ได้ ก็ยังคงเป็นสิ่งที่ดี

เมื่อมองไปข้างหน้าถึงโปรเซสเซอร์รุ่นต่อๆ ไป เช่น Arrow Lake ทุกสิ่งทุกอย่างบ่งชี้ว่าหลักการพื้นฐานของ Thread Director จะยังคงอยู่ โดยจะมีการปรับปรุงด้านการส่งข้อมูลทางไกลและการบูรณาการกับระบบปฏิบัติการประสบการณ์ที่ได้รับจาก Alder, Raptor และ Meteor Lake จะช่วยลดกรณีที่การจัดสรรทรัพยากรไม่เหมาะสมลงได้มากยิ่งขึ้น

ในการใช้งานประจำวัน สำหรับผู้ใช้ที่เล่นเกม ตัดต่อวิดีโอ สตรีม หรือใช้งานเครื่องเสมือน สิ่งสำคัญที่สุดที่ต้องเข้าใจคือWindows 11 และระบบปฏิบัติการ Linux รุ่นใหม่ๆ ที่มีการอัปเดตแพทช์ล่าสุดนั้นแทบจะเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง หากคุณต้องการใช้งานซีพียูไฮบริดของ Intel ได้อย่างเต็มประสิทธิภาพด้วยระบบที่เหมาะสม Thread Director จะกลายเป็นพันธมิตรเงียบๆ ที่ช่วยให้ทุกอย่างทำงานได้อย่างราบรื่นและประหยัดพลังงานมากขึ้น

ท้ายที่สุดแล้ว Intel Thread Director ได้พิสูจน์ตัวเองแล้วว่าเป็นส่วนประกอบสำคัญในการเปลี่ยนไปใช้โปรเซสเซอร์พีซีที่มีคอร์แบบต่างชนิดกัน ทำให้ระบบปฏิบัติการสามารถตัดสินใจได้อย่างชาญฉลาดมากขึ้นว่าจะเรียกใช้เธรดใดที่ใดแม้ว่ามันจะไม่ได้จัดการอะไรด้วยตัวเอง แต่การวิเคราะห์ประสิทธิภาพและประสิทธิผลอย่างต่อเนื่องของมันสร้างความแตกต่างในการเล่นเกม การทำงานหลายอย่างพร้อมกัน การสร้างเนื้อหา และการจำลองเสมือน โดยมีเงื่อนไขว่าซอฟต์แวร์พื้นฐานพร้อมที่จะเข้าใจมัน