Миф о мегагерцах

Миф о мегагерцах сформировался примерно в 1984 году при сравнении Apple II и IBM PC. Считалось, что IBM PC примерно в пять раз быстрее Apple II, поскольку его процессор Intel 8088 имел тактовую частоту примерно в 4,7 раза выше, чем MOS Technology 6502, используемый во втором. Однако решающее значение имеет не деление команд на более мелкие части, а общее время выполнения задачи. Например, команда LDA # (загрузка аккумулятора значением немедленно) для 6502 требует двух тактов, что при 1 МГц составляет 2 мкс. Хотя такт 8088 с частотой 4,77 МГц короче, аналогичная команда (MOV AL,#) для 8088 требует минимум четырёх тактов, то есть минимум 0,84 мкс. Таким образом, в лучшем случае эта инструкция на IBM PC выполняется лишь чуть более чем в два раза быстрее, чем на Apple II^[2].

Архитектура x86 CISC (Комплексная система команд) от Intel, появившаяся в 1978 году, стала стандартом для DOS-совместимых IBM PC, и её развитие до сих пор доминирует на рынке Microsoft Windows. Альтернативная RISC (с сокращённым набором команд) архитектура была реализована для PowerPC, который вышел в 1992 году. В 1994 году Apple Computer (ныне Apple Inc.) представила компьютеры Macintosh на PowerPC. Изначально эта архитектура оправдала ожидания по производительности; выпускались разные линейки PowerPC с существенно различающейся производительностью при одинаковой тактовой частоте. Аналогичное происходило и с Intel 80486 и Pentium, последняя из которых почти вдвое превосходила 80486 по производительности при одинаковой частоте^[1].

Миф о мегагерцах укоренился потому, что тактовая частота зачастую воспринималась как единственный показатель производительности процессора и активно продвигалась в рекламе и энтузиастами, не учитывающими другие параметры. Термин «миф о мегагерцах» вошёл в оборот на фоне сравнений Apple Macintosh (на базе PowerPC) с ПК на базе Intel. Благодаря подобному маркетингу приоритет приобретала не реальная производительность, а частота, что привело к появлению у AMD модельных номеров, указывавших на номинальную частоту, эквивалентную по производительности аналогам от конкурентов, с целью устранения маркетингового сравнения по чистой частоте^[3].

Сравнения между PowerPC и Pentium стали традицией в презентациях Apple. На Macworld Expo в Нью-Йорке 18 июля 2001 года Стив Джобс в своём выступлении («Стиветт») показал, что PowerPC G4 с тактовой частотой 867 МГц выполняет некую задачу за 45 секунд, тогда как Pentium 4 с частотой 1,7 ГГц — за 82 секунды. Джобс охарактеризовал это выражением «миф о мегагерцах». Затем вице-президент по аппаратному обеспечению Джон Рубинштейн объяснил на примере, как меньшая длина конвейера обеспечивает большую производительность при меньшей тактовой частоте. Вдохновлённая этим уроком, интернет-комикс The Joy of Tech выпустил серию стрипов по мотивам объяснения Рубинштейна^[4].

С 1995 по 2005 год компания Intel продвигала основные процессоры Pentium преимущественно на основании частоты, сопоставляя их с продуктами конкурентов (AMD). В то же время в прессе высказывались прогнозы о возможности появления процессоров на 10–20 гигагерцах в ближайшие десятилетия.

Почти до 2005 года, когда Pentium Extreme Edition достиг тепловых ограничений на частотах до 4 ГГц, повышение частот было основным направлением развития. Далее наращивание частоты требовало сложных изменений в системе охлаждения, вплоть до появления микрофлюидные каналы прямо внутри кристалла для быстрого отвода тепла.

В 2006 году Intel выпустила процессор Core 2 для настольных ПК, что стало значительным изменением стратегии: при снижении частоты примерно на 50% удалось сохранить прежний уровень производительности.

Начало этому было положено мобильными процессорами Pentium M, где энергосбережение оказалось важнее абсолютной производительности и были реализованы механизмы экономии энергии, которых не было в Pentium 4 и Pentium D.

В последующие годы после отказа от микроархитектуры NetBurst и её процессоров с частотой выше 3 ГГц тактовые частоты микропроцессоров некоторое время снижались примерно на 1 ГГц, а затем постепенно вновь начали расти, хотя и не столь быстро. Достижения в технологиях производства и управлении энергопотреблением (в частности, раздельное управление тактовой частотой по каждому ядру) позволили процессорам достигать и превышать частоты старых Pentium 4 и Pentium D, но при существенно меньшем энергопотреблении и большей эффективности. По состоянию на 2018 год во многих микропроцессорах Intel базовая частота превышает 4 ГГц, например, Intel Core i7-7700K и i3-7350K имеют базовую частоту 4,20 ГГц.

В 2011 году AMD первой преодолела рубеж в 4 ГГц для x86 процессоров с выпуском процессоров Bulldozer серии AMD FX. В июне 2013 года вышел AMD FX-9590, способный работать на частоте до 5,0 ГГц, что вновь вызвало проблемы с тепловыделением и энергопотреблением.

Однако ни Intel, ни AMD не были первыми, кто преодолел рубежи в 4 или 5 ГГц среди всех производителей. В 2008 году IBM z10 достиг 4,4 ГГц, в 2010 IBM z196 — 5,2 ГГц, а осенью 2012 года z12 — 5,5 ГГц.