1CPU的多核优化有多困难?从游戏对多核心的优化谈起

1CPU的多核优化有多困难？

[PConline talk]随着AMD Ryzen的出现，计算机CPU进入了多核冲击时代。同一系列产品的核心倍增是司空见惯的。据透露，英特尔下一代CPU的i3将配备4核和8线程-这样的CPU，三年前被命名为i7。在高端系列中，核战争更加令人恐惧。出售的AMD Ryzen 3900X的12核和24线程足以让人喘口气，而即将推出的3950X配备16核和24线程。数码相框的粉丝都表示他们无法控制它，而且他们也无法停止喊是的。

但是，多核CPU玩游戏会更快吗？不必要。如果不考虑频率和架构IPC的差异，则在某些情况下，多核CPU玩游戏会更慢-例如，在某些情况下，AMD的新型12核3900X，某些游戏要比8核3700X慢。

测试表明，具有更多内核和更高频率的3900X在某些情况下的性能不如3700X。

请注意，从规格的角度来看，3900X完全压倒了3700X，更不用说还有四个内核甚至更高的频率（3. 8 / 4. 6GHz与3. 6 / 4. 4GHz），三级缓存也增加了一倍（64MB与32MB），那么为什么会有多核游戏玩起来更慢的情况？今天，从这种现象开始，让我们谈谈CPU和游戏优化。

游戏的多核优化有多难？

让我们从游戏的多核优化开始。在游戏优化方面，支持多核是不可避免的。哪些游戏针对多核进行了优化，哪些游戏只有一个内核才能解决，多核围观者一直是玩家谈论的话题。为什么游戏在优化多核时会遇到问题，而视频压缩等应用程序可以充分利用多核？这与游戏的操作机制有关。

·为什么游戏喜欢使用单核？

诸如视频压缩之类的任务可以轻松地并行执行。例如，一个线程压缩一个段，另一个线程压缩另一个段，并且多个内核一起工作。最后，所有片段均被压缩，完整视频被压缩。游戏的操作通常是线性的，并且某个步骤的计算通常与上一步紧密相关，并且很难充分利用多个线程。

多核适用于渲染和转码，但不一定适用于游戏

例如，在FPS游戏中，如果玩家被击中造成伤害，则伤害结果与轨迹有关。需要先计算轨迹，然后才能计算出损坏程度。这只能在一个线程中一个接一个地完成。无法通过多个线程同时计算的轨迹和损伤。为了充分利用多个内核，游戏需要将计算任务巧妙地划分为多个线程。例如，不同的线程负责物理冲突，AI行为等。技术阈值相对较高，需要进行更多工作。基于此，仍然有大量游戏无法充分利用CPU的所有内核。

·支持多核必须优化吗？

随着时代的发展，越来越多的游戏愿意为多线程优化而努力。例如，在过去的几年中，我们经常可以看到“每秒i3默默无声”的情况，但是现在游戏杰作已经将门槛提高到了4核，双核i3已经很尴尬了。但是，尽管如此，在某些情况下，12核3900X的性能仍不如8核3700X。为什么？

发生这种情况的主要原因是CPU内核调度不合理。 Ryzen的架构非常特别。每4个内核被包装为一个CCX，每两个CCX被包装为一个CCD。内核与内核之间的通信可以跨CCX甚至跨CCD，而无论它是CCX还是CCD之间的通信。 ，会有延迟。

Zen2体系结构，您可以看到核心CCX-CCD拓扑

换句话说，如果一个程序可以调用多个内核，则会发生以下情况。

1、调用的多个内核在同一个CCX中，并且延迟最小；

2、调用的多核穿过CCX，但在同一CCD中，并且存在延迟；

3、跨CCX和CCD调用的多核，延迟最大

例如，一个游戏可以调用4个核心。理想的情况是自然地在同一CCX中调用4个内核，以便获得最佳性能。但是实际上，代码对多个内核的调用不一定那么聪明，并且它可能无法识别同一CCX上的哪些内核。结果，游戏可能会调用位于不同CCX和CCD上的多个内核，从而导致额外的延迟，从而导致性能损失。

知道了这一点，您可以解释为什么3900X的游戏性能有时会比3700X的游戏性能低。 3900X封装了两个CCD。每个CCD都有两个CCX。每个CCX具有4个核心。原始的4x2x2 = 16核。屏蔽4芯后，共有12芯。 3700X只有一个CCD，包含两个CCX，共4x2 = 8核。可以看出，3900X的CCD比3700X多一幅，并且可能会导致额外的延迟。如果游戏无法利用3900X的多核优势，那么3900X的性能稍逊于3700X是合理的。

Windows 10 1903中Zen架构的优化之一是核心调度逻辑，优先考虑在同一CCX中调用核心

因此，即使游戏针对多核进行了优化，在核心调度方面仍需要做更多工作才能获得最佳性能。我非常高兴Microsoft意识到了相关问题并在Windows 10 1903中进行了优化。系统将优先考虑同一CCX中的内核，以避免交叉CCX引起的延迟。如果您想更好地利用AMD Ryzen处理器的性能，仍然有必要升级到Windows 10 1903。

2CPU单核性能真的挤牙膏了吗？

CPU单核性能真的挤牙膏了吗？

有人认为，CPU很难在频率方面取得性能突破，并且架构很难进一步提高效率。核心是提高性能的唯一方法。一些朋友从英特尔的“牙膏挤压”论证了这种观点，并认为CPU的同频性能多年来一直停滞不前，与上一代相比，AMD的Zen2架构大大提高了其效率，但只是在追赶与竞争对手。仅级别。几年前使用4核CPU玩游戏与当前的4核CPU似乎没有什么不同，这也是有力的证明。但这是真的吗？

实际上，这种观点是单方面的。几年前的CPU在某些测试和游戏中表现良好的原因是，这些测试和游戏并未针对新CPU的指令集进行优化。近年来，新CPU的主要价值是增加了AVX，AVX 2、 TSX和其他指令集。如果代码调用相应的指令集，则可以更有效地使用FMA等浮点加乘混合单元，从而减少了CPU流水线的空闲时间，并且可以显着提高性能。

这些是过去十年中添加的指令集。这并不意味着没有核心或挤压牙膏。

以著名的渲染软件Cinebench为例。这是DIY玩家非常熟悉的CPU测试工具。与旧版本的Cinebench R15相比，最新版本的Cinebench R20具有重大改进，增加了对AVX指令集的支持。如果CPU更好地支持AVX指令集，则在Cinebench R20中运行的同一渲染项目的速度是Cinebench R15的两倍甚至更多！由此可见，新指令集的巨大性能提升。

Zen2的单核性能提高了很多，很大程度上是因为AVX2的性能有了显着提高

支持AVX或更高版本的指令集已逐渐成为领域的标准，例如渲染，视频压缩和科学计算。著名的Linux发行版Fedora 32甚至没有计划在没有AVX指令集的情况下支持CPU。但是，仍然有大量游戏没有跟上新的指令集，例如AVX，仅支持旧的SSE。自然，在新CPU上运行这些游戏与旧CPU并没有太大区别。在指令集支持方面，游戏仍然缺乏适当的CPU优化。

著名的游戏性能测试组件3DMark实现了这一点。在新的Time Spy Extreme测试项目中，添加了AVX，AVX2甚至AVX512指令集支持。调用AVX512指令集来运行得分，该得分是SSE3得分的两倍多。

诸如AVX之类的新指令集在实际游戏中变得越来越重要。例如，“刺客信条：奥德赛”甚至不支持没有AVX指令集的CPU（因为它过于激进，因此以后必须与旧CPU兼容）。例如，某些使用D加密的游戏要求FMA3指令集解密并正确运行。早期的“上帝U” E1230 v2只能凝视；如果您是PS3播放器，则可能已经在TSX指令集下体验了性能。跳跃。

育碧的新刺客信条在没有AVX指令的情况下不支持处理器。新游戏将越来越重视高级指令集。

通常，大多数游戏在指令集中仍然没有进行足够的优化。在没有指令集优化的情况下，旧CPU和新CPU的游戏性能不会相差太远。但是，支持新指令集是游戏CPU优化中不可避免的一部分。仅当使用新指令集时，才能显示新CPU的值。我希望更多游戏可以优化新的CPU指令集。

以下单词

无论是增加CPU内核多线程，还是使用新的指令集来提高SIMD性能，都可以大大增强CPU的性能。就消费市场而言，AMD似乎采取了更多的多核路线，而英特尔则致力于实施新的指令集。但是无论是哪种开发方向，都需要为此优化相应的软件，以发挥CPU的应有性能。

现在不是在不更改任何一行代码的情况下就可以发挥新CPU的全部性能的时候了。限于当前缺乏游戏支持的情况下，多核和高级指令集必须简化为“未来之战”。 CPU不是“挤牙膏”，并且游戏对CPU的优化还远远没有结束。我希望将来我们能够看到更多能够发挥CPU真正功能的游戏。

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