Сколько операций в секунду может выполнять современный процессор
Обновлено: 03.07.2024
Производительность вашего ЦП — «мозга» вашего ПК — оказывает большое влияние на скорость загрузки программ и их бесперебойную работу. Однако есть несколько различных способов измерения производительности процессора. Тактовая частота (также «тактовая частота» или «частота») является одной из самых важных.
Если вам интересно, как проверить тактовую частоту, откройте меню «Пуск» (или нажмите клавишу Windows*) и введите «Информация о системе». Название модели вашего ЦП и тактовая частота будут указаны в разделе «Процессор».
Что такое тактовая частота?
В целом более высокая тактовая частота означает более быстрый процессор. Однако в игру вступают многие другие факторы.
Ваш процессор каждую секунду обрабатывает множество инструкций (низкоуровневых вычислений, таких как арифметические операции) из разных программ. Тактовая частота — это количество циклов, выполняемых ЦП в секунду, измеряемое в ГГц (гигагерцах).
С технической точки зрения «цикл» — это импульс, синхронизированный внутренним генератором, но для наших целей это базовая единица, которая помогает понять скорость процессора. Во время каждого цикла миллиарды транзисторов внутри процессора открываются и закрываются.
Частота – это большее количество операций за заданный промежуток времени, как указано выше.
ЦП с тактовой частотой 3,2 ГГц выполняет 3,2 миллиарда циклов в секунду. (Скорость старых ЦП измерялась в мегагерцах или миллионах циклов в секунду.)
Иногда за один такт выполняется несколько инструкций; в других случаях одна инструкция может обрабатываться в течение нескольких тактов. Поскольку процессоры разных конструкций обрабатывают инструкции по-разному, лучше сравнивать тактовые частоты ЦП одной марки и поколения.
Например, ЦП с более высокой тактовой частотой пятилетней давности может уступать по производительности новому ЦП с более низкой тактовой частотой, поскольку новая архитектура более эффективно обрабатывает инструкции. Процессор Intel® серии X может превзойти процессор серии K с более высокой тактовой частотой, поскольку он распределяет задачи между большим количеством ядер и имеет больший кэш-память ЦП. Но в ЦП того же поколения процессор с более высокой тактовой частотой обычно превосходит процессор с более низкой тактовой частотой во многих приложениях. Вот почему важно сравнивать процессоры одной марки и поколения.
Как тактовая частота влияет на игры?
До появления многоядерных процессоров тактовая частота считалась ключевой характеристикой для сравнения одноядерных процессоров. Сегодня это учитывается наряду с количеством ядер, кэш-памятью ЦП и энергопотреблением.
Влияние тактовой частоты на конкретную игру зависит от игрового движка и инструментов, используемых для его создания. Сайты сравнительного анализа, такие как Tom’s Hardware, обнаружили, что некоторые игровые движки, такие как Dunia для Far Cry: Primal, выигрывают больше от высокой однопоточной производительности, чем от многопоточной. 2 С другой стороны, многие новые игры ААА, особенно в многопоточных движках, таких как Unreal Engine 4, могут выиграть как от дополнительных ядер, так и от увеличения тактовой частоты. 3
Конкретные тесты — это лучший способ оценить производительность ЦП в конкретном игровом движке, но тактовая частота — хороший общий показатель относительной производительности процессоров в семействе продуктов.
Что означает турбочастота?
В спецификациях ЦП Intel указаны как максимальная частота в режиме Turbo, так и базовая частота процессора. Базовая частота процессора относится к обычной рабочей точке ЦП, а максимальная частота в режиме Turbo — к максимальной скорости, которую процессор может достичь с помощью технологии Intel® Turbo Boost.
Технология Intel® Turbo Boost — это инструмент, динамически повышающий тактовую частоту для работы с большими нагрузками. Он работает, не требуя установки или настройки пользователем. Технология оценивает тепловой запас процессора, а также количество используемых ядер, а затем повышает тактовую частоту до максимально безопасного уровня. Подробнее о технологии читайте здесь.
Этот термин обычно используется в связи с числовым значением, таким как тысяча инструкций в секунду (TIPS), миллион инструкций в секунду (MIPS) и миллиард инструкций в секунду (GIPS).
Содержание
Тысяча операций в секунду (kIPS) [ ]
До того, как стали доступны стандартные эталонные тесты, средняя оценка скорости компьютеров основывалась на расчетах набора инструкций, результаты которых выражались в тысячах инструкций в секунду (kIPS).
Единица тысяч операций в секунду (kIPS) сегодня редко используется, поскольку большинство современных микропроцессоров могут выполнять не менее миллиона инструкций в секунду.
Миллионы инструкций в секунду (MIPS) [ ]
Скорость данного ЦП зависит от многих факторов, таких как тип выполняемых инструкций, порядок выполнения и наличие инструкций ветвления (проблемы в конвейерах ЦП).Частота инструкций ЦП отличается от тактовой частоты, обычно сообщаемой в Гц, поскольку для выполнения каждой инструкции может потребоваться несколько тактовых циклов или процессор может выполнять несколько независимых инструкций одновременно. MIPS может быть полезен при сравнении производительности процессоров с аналогичной архитектурой (например, микроконтроллеров марки Microchip). Их трудно сравнивать между разными [1]
По этой причине MIPS стал мерилом не скорости выполнения инструкций, а скорости выполнения задачи по сравнению с эталоном. В конце 1970-х производительность миникомпьютеров сравнивалась с использованием IBM BASIC (1982), когда процессор 8088/87 с частотой 4,8 МГц получил 0,01 MWIPS. Результаты на процессоре Intel Core 2 Duo с тактовой частотой 2,4 ГГц (1 ЦП, 2007 г.) варьируются от 9,7 MWIPS при использовании BASIC Interpreter, 59 MWIPS при использовании BASIC Compiler, 347 MWIPS при использовании Fortran 1987, 1534 MWIPS при использовании HTML/Java до 2403 MWIPS при использовании современного компилятора C++.< /p>
Взвешенный миллион операций в секунду (WMOPS) — аналогичное измерение, используемое для аудиокодеков.
Хронология инструкций в секунду [ ]
Примечание. Жирным шрифтом выделен следующий шаг с точки зрения самых высоких известных показателей MIPS того времени.
В этом посте мы собираемся ответить на вопрос «Сколько вычислений в секунду может выполнять человеческий мозг?» Мы объясним вам, как человеческий мозг сравнивали с большими компьютерами и как они пытались превзойти количество вычислений в секунду, которое может выполнять наш мозговой аппарат.
Сколько вычислений в секунду может выполнять человеческий мозг?
Человеческий мозг может выполнять миллиард миллиардов вычислений в секунду, и здесь обычно происходит сравнение с современными суперкомпьютерами.
Жизнь — это ритм, это скорость. На самом деле, первый симптом того, что что-то не так, — это когда мы замечаем, что ритм остановился: когда сердце бьется быстрее или медленнее, чем обычно, когда наши члены не реагируют на наши команды так быстро, как нам хотелось бы, когда мысли текут медленнее. .
Большая часть внутренних часов ритма нашей жизни находится в одном из самых быстрых инструментов, созданных природой: человеческом мозге.
Если бы мы могли снять секунду нашей жизни в замедленном темпе, мы бы увидели, что мозгу требуется это время, чтобы начать жужжать. В секунду каждый нейрон соединяется с другим около 200 раз, это означает, что он регистрирует около 20 000 000 000 000 000 бит информации в секунду (20 триллионов импульсов, наполненных информацией). Какой бы мощной она ни была, ни одна машина не может сравниться с такой скоростью.
На самом деле ученые из Окинавского технологического института попытались воспроизвести на компьютере активность секундной жизни мозга. Потребовалось 83 тысячи процессоров с максимально возможной вычислительной мощностью и 40 минут работы, чтобы приблизиться к эффективности работы наших нейронов в одну секунду.
Несмотря на неуловимую скорость, с которой информация проходит через нашу нейронную сеть, опыт может занять до шести часов, чтобы он закрепился в долговременной памяти. Память работает намного медленнее, чем мышление.
Нервная система, фундаментальный компонент нашего сознательного опыта, работает еще быстрее. Нервы состоят из пучков нервных волокон, которые передают потенциалы действия в нервную систему или от нервной системы к мышцам.
Однако не все нервные волокна одинаковы. Некоторые из них больше в диаметре, и они, как правило, передают потенциал быстрее, потенциал действия в более толстых волокнах передается со скоростью 120 метров в секунду, скоростью болида Формулы-1.
Согласно исследованию, проведенному неврологом Мэри Поттер из Массачусетского института, в тончайших волокнах скорость передачи составляет полметра в секунду, что соответствует скорости ходьбы человека. технологии (MIT), мы можем обработать изображение всего за 13 миллисекунд.
Зрение — самое быстрое из наших чувств, а вкус — самое медленное: для определения вкуса требуется 500 миллисекунд, поскольку информация, относящаяся к обонянию и осязанию, должна быть связана и связана с данными, предлагаемыми терморецепторами (как в случае с острая пища).
Что такое петафлопс?
Флопс — это показатель вычислительной производительности, а «пета» означает 1015. Таким образом, петафлопс означает, что компьютер может выполнять 1 000 000 000 000 000 основных арифметических операций в секунду.
Зрительная кора человека работает со скоростью один петафлопс.
Петафлопс – это единица, используемая для измерения вычислительной производительности операций с плавающей запятой, которые требуют арифметических операций с чрезвычайно большими и малыми действительными числами.
Акроним для выражения операций с плавающей запятой в секунду — FLOPS (операций с плавающей запятой в секунду).
Операции, в которых используются единицы, превышающие один FLOPS, выражаются в Международной системе единиц с помощью префиксов, таких как мега, гига, тера.В частности, петафлопс равен 1015, хотя есть и более крупные единицы с названиями сладостей (зеттафлопс 1021 или йоттафлопс 1024).
Суперкомпьютеры, такие как китайский Tianhe 1A (2,5 пета) или Blue Waters, разработанный Университетом штата Иллинойс, могут иметь максимальную производительность в 10 петафлопс и постоянную производительность в один петафлопс, поэтому, в принципе, вычислительный потенциал, необходимый для имитировать мозговые процессы.
Суперкомпьютеру требуется 40 минут, чтобы имитировать одну секунду активности мозга
Симуляция человеческого мозга настолько сложна, что даже один из самых мощных суперкомпьютеров на планете с трудом смог бы это сделать после обработки данных в течение сорока минут с результатом, эквивалентным одной секунде активности мозга.
Упомянутый суперкомпьютер — Fujitsu K, «бывший первый» в списке TOP500, и для выполнения этой задачи требовалось около 83 000 процессоров.
Silicon добился впечатляющих успехов в последние годы, но с разных точек зрения лучший компьютер все еще находится между нашими ушами, отсюда и огромный интерес, связанный с изучением его работы.
Хотя эксперты уже знают, как справиться с проектом моделирования мозга, правда в том, что вычислительная мощность для этого недоступна, что является поразительным фактом, если учесть, что существуют суперкомпьютеры, целью которых уже является преодоление барьера одного человека. сто петафлопс. Возьмем, к примеру, суперкомпьютер K, созданный Fujitsu.
В то время К. занимал первое место в списке TOP500, и благодаря своим десяти петафлопсам он по-прежнему остается на четвертом месте.
Однако, столкнувшись с этим проектом моделирования, суперкомпьютер К едва смог воспроизвести активность мозга, эквивалентную одной секунде… после сорокаминутного пережевывания чисел.
По словам исследователей, участвовавших в моделировании, в общей сложности 82 944 процессора с K в их распоряжении были использованы для создания сети из 1 730 миллионов нервных клеток, соединенных с 10,73 миллиарда (наши миллиарды) синапсов.
Моделирование, основанное на программном обеспечении NEST с открытым исходным кодом, имело в своем распоряжении около петабайта оперативной памяти. Мы говорим о более низких аппаратных ресурсах по сравнению с персональными системами, но, несмотря на эти цифры, симуляция представляет только 1 процент нейронной сети в человеческом мозгу.
Исследователи дали понять, что главной целью было не получение новой информации об активности мозга, а вместо этого обратились к этой модели для проверки возможностей среды моделирования и суперкомпьютера К.
Если мы будем подчиняться числам линейным образом, потребуется сто тысяч систем, чтобы сопоставить нейронную сеть человеческого мозга, и все же будет много неточностей, которые нужно исправить. В конце концов, синаптические соединения были случайными.
Итак, сколько вычислений в секунду может сделать человеческий мозг?
Люди часто мечтают об улучшении своих умственных способностей, и это не так. Однако мы редко обращаем внимание на то, насколько прекрасна человеческая физиономия и как она устроена, а потому упускаем возможность поблагодарить за то, что имеем.
В нашем мозгу есть миллиарды нейронов, которые отправляют сообщения через синапсы один или два раза в секунду, что является дополнением ко всей другой активности мозга; каждую секунду нашей жизни синапсы мозга активируются более 18 триллионов раз, и это когда они работают в самом низком диапазоне своих возможностей.
Цифры настолько впечатляют, что их трудно себе представить, но еще более шокирует мысль о том, что в нашем мозгу 85 миллиардов нейронов, которые посылают электрические сигналы, известные как синапсы, с такой скоростью, что между ними проходит каждая секунда. 18 и 640 миллиардов сигналов проходят через наш мозг.
Давайте рассмотрим эти данные в перспективе, сравнив их с японским суперкомпьютером, который до 2011 года был самым быстрым в мире и сейчас занимает седьмую ступень.
Эта машина в 2013 году провела симуляцию деятельности человеческого мозга, в которой ее 83 тысячи процессоров имитировали 1,73 миллиарда виртуальных нейронов, соединенных 10,4 миллиардами синапсов, что, хотя и кажется большим, всего лишь 1 % человеческого мозга.
Удивительно, но машине удалось смоделировать активность человеческого мозга, эквивалентную 1 секунде; единственная деталь в том, что на это у него ушло не 1 секунду, а 40 минут.
Несмотря на это, привлеченные эксперты считают, что это положительный признак того, что в будущем можно будет моделировать общую емкость человеческого мозга.
Поэтому в следующий раз, когда вы обнаружите, что думаете, что ваш мозг должен работать быстрее, найдите минутку, чтобы подумать о том, что это чудо уже есть, и поблагодарите за это.
Часто задаваемые вопросы: сколько вычислений в секунду может выполнять человеческий мозг?
Сколько операций может выполнять человеческий мозг?
Подсчитано, что наш мозг способен выполнять около 10 000 триллионов вычислений в секунду, и здесь обычно происходит сравнение с современными суперкомпьютерами.
Какой вычислительной мощностью обладает человеческий мозг?
Мозг потребляет около 20 Вт энергии, в то время как суперкомпьютеры могут потреблять до 1 МВт или порядка 100 000 больше (примечание: предел Ландауэра составляет 3,5 × 1020 операций в секунду на ватт при комнатной температуре).
Что касается памяти, например, различные исследования в течение многих лет устанавливали объем памяти мозга от десяти до ста терабайт.
Сколько информации мозг может усвоить за день?
В человеческом мозгу триллион нейронов, и каждый из них образует тысячу связей с другими, так что они могут работать с несколькими воспоминаниями одновременно. Если бы мы измерили емкость нашего мозга, то могли бы сказать, что она близка к 2,5 петабайтам (миллиону гигабайт).
Сколько вычислений в секунду может выполнять обычный компьютер?
В зависимости от качества компьютера, чем он современнее, тем он быстрее, то есть настольный компьютер способен выполнять 100 миллионов операций в секунду, а некоторые достигают от 150 до 200 миллионов операций в секунду.
Ваш мозг мощнее компьютера?
Обычный компьютер потребляет около 100 Вт. Человеческому мозгу, с другой стороны, требуется примерно 10 Вт. Правильно, ваш мозг в десять раз более энергоэффективен, чем компьютер.
В этом посте мы ответили на вопрос «Сколько вычислений в секунду может выполнять человеческий мозг?» Мы объяснили вам, как человеческий мозг сравнивали с большими компьютерами и как они пытались превзойти количество вычислений в секунду, которые может выполнять наш мозг-машина.
Чтобы представить ситуацию в перспективе, давайте начнем с компьютера, который стоит у вас на столе — компьютера, который вы используете каждый день для работы в Интернете, работы с электронными таблицами, создания документов и т. д. У большинства людей есть что-то вроде Компьютер Pentium под управлением Windows или Macintosh. Такой компьютер может выполнять примерно 100 миллионов инструкций в секунду. Ваша конкретная машина может быть вдвое или вдвое быстрее, но это примерное значение.
Самый быстрый компьютер в мире намного быстрее этого, и он сидит прямо у вас на плечах! Человеческий мозг — это удивительное вычислительное устройство и самый быстрый процессор, доступный на данный момент. Приведу пример:
Ваш настольный компьютер только начинает «понимать» речь и выполнять диктовку, переводя произносимые слова в письменные. Он может понимать только одного говорящего, и этот говорящий должен тренировать его около 20 минут, а программа для диктовки все равно будет делать много ошибок. Таким образом, 100 миллионов инструкций в секунду едва справляются с диктовкой.
С другой стороны, ваш мозг может понимать любое количество говорящих. Он не нуждается в обучении и не будет совершать ошибок. Возможно, он даже сможет понимать несколько языков! И часть вашего мозга, отвечающая за обработку речи, — это всего лишь небольшая часть всего пакета — ваш мозг также может обрабатывать сложные визуальные образы, контролировать все ваше тело, понимать концептуальные проблемы и создавать новые идеи. Ваш мозг состоит примерно из одного триллиона клеток со 100 триллионами связей между этими клетками. Мы могли бы взять приблизительную оценку и сказать, что он обрабатывает 10 квадриллионов инструкций в секунду, но на самом деле это трудно сказать.
В списке TOP500 2006 года, в котором суперкомпьютеры ранжируются по скорости, три лучших суперкомпьютера выглядят следующим образом:
- IBM BlueGene/L — 360 терафлопс
- BGW от IBM — 115 терафлопс
- IBM ASC Purple — 93 терафлопс
Еще один суперкомпьютер под названием MDGrape-3, созданный японской компанией RIKEN, имеет теоретическую максимальную скорость 1 петафлопс (1 квадриллион операций в секунду), что в три раза быстрее, чем у BlueGene/L. Но MDGrape-3 не может запускать официальное рейтинговое программное обеспечение списка TOP500, поэтому BlueGene/L остается на вершине списка с 360 триллионами операций в секунду, что довольно быстро. но он все еще не так быстр, как ваш мозг.
Читайте также: