Ликбез: чем отличаются IPC и одноядерная производительность

Понятия IPC и одноядерной производительности путают между собой. Они описывают родственные, но тем не менее разные явления, поэтому их необходимо различать.

Определение понятий

Следует начать с определений.

IPC (instructions per clock) – количество инструкций на такт; число операций, выполняемых процессором за один процессорный такт.

Одноядерная производительность / производительность на ядро – число операций, выполняемых одним ядром процессора за единицу времени.

Как видно из определений, в случае IPC однозначно определена единица времени – один процессорный такт. В случае же производительности на ядро может использоваться любая другая единица времени. Это первое отличие.

Второе отличие, отношение к многоядерности, в текущем контексте не особо интересно. Можно ограничиться отметкой, что IPC отражает производительность всего процессора в целом, а одноядерная производительность – производительность одного отдельно взятого ядра. Вместо одноядерной производительности в тексте можно подставить многоядерную – смысл от этого никак не поменяется.

Изменчивость оценки

Из неопределенности единицы времени в понятии одноядерной производительности следует изменчивость, непостоянство оценки производительности на ядро. Какую единицу времени выбрали – такую оценку и получили. В противоположность IPC всегда константа, всегда постоянна для конкретного процессора.

IPC совершенно не зависит от других характеристик процессора, а производительность на ядро зависит.

Пусть X – время прохождения бенчмарка. Это время используется для оценки одноядерной производительности. При изменении тактовой частоты процессора изменяется и X – изменяется оценка производительности на ядро. Изменение тактовой частоты не затрагивает IPC, оно изменяет только число тактов. Число же операций в отдельно взятом такте (IPC) остается неизменным.

IPC как составляющая производительности на ядро

IPC одна из составляющих производительности на ядро. Чем выше IPC, тем выше одноядерная производительность при прочих равных.

Одинаковой производительности на ядро при разной IPC можно добиться изменением других характеристик. Возьмем 2 процессора X и Y. Пусть IPC процессора X равно Z, а IPC процессора Y – 0.8 Z. Т.е. IPC процессора Y ниже на 20%. Добиться одинаковой производительности на ядро в этом случае можно снижением тактовой частоты процессора X на 20%. Действительно, 1 Z * 0.8 = 0.8 Z * 1. В итоге получается, что IPC процессоров отличается на 20%, а производительность на ядро идентична.

Вывод

Итак, и IPC и производительность на ядро используются для оценки производительности процессора.

IPC представляет собой более строгую и «универсальную», легко сравнимую характеристику. Эта характеристика постоянна, не изменяется в процессе работы. Напротив, одноядерная производительность подвержена изменчивости, зависит от множества факторов, непостоянна.

Изменяя тактовую частоту процессора, можно добиться паритета в одноядерной производительности с процессором, IPC которого отличается.