Hyper threading‏ چیست و چه کاربردی دارد

Hyper threading‏ چیست؟

Hyper-Threading‏ یک تکنولوژی سخت‌افزاری است که توسط شرکت اینتل در فرآیندهای ساخت ‏پردازنده‌های اینتل توسعه داده شده است. این تکنولوژی امکان اجرای همزمان چندین رشته (‏Thread‏) ‏کاری را بر روی یک هسته فیزیکی پردازنده فراهم می‌کند. به طور ساده، ‏Hyper-Threading‏ باعث افزایش ‏توانایی پردازشی پردازنده‌ها می‌شود و به برنامه‌ها اجازه می‌دهد تا بیشتر از منابع پردازشی موجود استفاده ‏کنند.‏

به طور خلاصه، ‏Hyper Threading‏ یک تکنولوژی است که با افزایش قدرت پردازشی پردنده‌ها و بهبود ‏عملکرد برنامه‌ها، توانایی پردازش همزمان چندین رشته کاری را بر روی هسته‌های فیزیکی پردازنده فراهم ‏می‌کند. با این حال، تأثیر و کارایی ‏Hyper-Threading‏ در هر سیستم و برنامه خاصی بسته به نوع بار ‏کاری و نوع عملیات‌هایی است که برنامه انجام می‌دهد.

در پردازنده‌هایی که از ‏Hyper-Threading‏ پشتیبانی می‌کنند، هر هسته فیزیکی به دو واحد منطقی ‏تقسیم می‌شود. هر واحد منطقی قادر است یک رشته کاری را اجرا کند. این واحدهای منطقی با هم منابع ‏فیزیکی مشترکی را به اشتراک می‌گذارند، مانند واحد اجرا (‏Execution Unit‏) و حافظه کش (‏Cache‏). ‏این باعث می‌شود که هر هسته فیزیکی بتواند به صورت همزمان بر روی دو رشته کاری کار کند.‏

با استفاده از ‏Hyper-Threading، زمانی که یک رشته کاری در حال انتظار برای دسترسی به منابع فیزیکی ‏است، رشته دیگری که در حال اجرا است می‌تواند از منابع مشترک استفاده کند. این باعث می‌شود که ‏پردازنده به طور موثر‌تری از منابع خود استفاده کند و عملکرد سیستم بهبود یابد. به طور کلی، ‏Hyper-‎Threading‏ به برنامه‌ها اجازه می‌دهد که به طور همزمان بیشتری از قدرت پردازشی پردازنده استفاده ‏کنند و در نتیجه عملکرد سیستم را بهبود بخشند.‏

عملکرد و مزایای ‏Hyper-Threading

  • افزایش عملکرد: با استفاده از ‏Hyper-Threading، پردازنده قادر است به صورت همزمان بر روی ‏چندین رشته کاری کار کند. این به اجرای همزمان وظایف مختلف در سطح رشته کاری، مانند ‏عملیات حسابی، دسترسی به حافظه، ورودی/خروجی و غیره کمک می‌کند. در نتیجه، زمان ‏اجرای برنامه‌ها کاهش می‌یابد و عملکرد سیستم بهبود می‌یابد.‏
  • بهبود کارایی برنامه‌های چند رشته‌ای: برنامه‌هایی که به طور همزمان از چندین رشته کاری ‏استفاده می‌کنند، از ‏Hyper-Threading‏ بهره‌برداری می‌کنند. با فعال کردن ‏Hyper-Threading، ‏این برنامه‌ها قادر به اجرای همزمان وظایف مختلف بر روی هسته‌های فیزیکی می‌شوند و بهبود ‏قابل توجهی در عملکرد خود دارند.‏
  • بهره‌وری بهتر منابع پردازشی: با استفاده از ‏Hyper-Threading، هسته‌های فیزیکی پردازنده ‏به طور همزمان رشته‌های کاری را اجرا می‌کنند. این به معنای بهره‌برداری بهتر از منابع پردازشی ‏مشترک است که در پردازنده وجود دارند، مانند واحد اجرا و حافظه کش. با بهره‌برداری بهینه از ‏این منابع، پردازنده قابلیت انجام کارهای بیشتر در یک زمان مشخص را دارا می‌شود.‏
  • کاهش تأخیر‌های سیستم: در صورتی که یک رشته کاری در حال انتظار برای دسترسی به ‏منابع است، رشته دیگری که در حال اجرا است می‌تواند از منابع مشترک استفاده کند. این منجر ‏به کاهش تأخیر‌های سیستم و بهبود زمان پاسخگویی برنامه‌ها می‌شود.‏
  • سازگاری با برنامه‌های تک رشته‌ای: حتی برنامه‌هایی که به طور معمول از یک رشته کاری ‏استفاده می‌کنند، نیز می‌توانند از ‏Hyper-Threading‏ استفاده کنند. در این حاد، برنامه‌ها ‏می‌توانند از منابع پردازشی فراهم شده توسط این تکنولوژی بهره ببرند و در نتیجه بهبود قابل ‏توجهی در عملکرد خود را تجربه کنند.‏
  • کاهش هزینه‌ها: ‏Hyper-Threading‏ به معنای افزایش بهره‌وری پردازنده بدون نیاز به افزایش ‏تعداد هسته‌های فیزیکی است. این باعث می‌شود که پردازنده‌ها با تکنولوژی ‏Hyper-Threading‏ ‏در مقایسه با پردازنده‌هایی که از این تکنولوژی پشتیبانی نمی‌کنند، هزینه کمتری داشته باشند.‏

تفاوت بین ‏hyper threading و ‏Multi-Threading

  1. ‏Hyper-Threading‏: ‏Hyper-Threading‏ یک تکنولوژی است که توسط برخی پردازنده‌ها، مانند ‏پردازنده‌های ‏Intel، پشتیبانی می‌شود. این تکنولوژی به پردازنده امکان اجرای همزمان چندین رشته کاری ‏را بر روی یک هسته فیزیکی می‌دهد. به عبارت دیگر، با استفاده از ‏Hyper-Threading، هسته فیزیکی ‏یک پردازنده به صورت همزمان می‌تواند چندین رشته کاری را اجرا کند. این تکنولوژی با استفاده از ‏تقسیم منابع پردازشی، مانند واحد اجرا و حافظه کش، بین رشته‌های کاری بهبود عملکرد را ایجاد ‏می‌کند.‏
  2. Multi-Threading‏: ‏Multi-Threading‏ به معنای اجرای همزمان چندین رشته کاری است که توسط ‏یک برنامه یا سیستم عامل ایجاد می‌شود. در این حالت، برنامه یا سیستم عامل بر روی هسته‌های فیزیکی ‏یا هسته‌های مختلف پردازنده، هر رشته کاری را به صورت همزمان اجرا می‌کند. در واقع، هر رشته کاری ‏به عنوان یک وظیفه جداگانه در نظر گرفته می‌شود و از منابع پردازشی مجزا استفاده می‌کند. این روش ‏نیاز به پشتیبانی سخت‌افزاری خاصی ندارد و می‌تواند بر روی هر پردازنده اجرا شود.‏

بنابراین، تفاوت اصلی بین ‏Hyper-Threading‏ و ‏Multi-Threading‏ در مورد نحوه اجرای همزمان ‏رشته‌های کاری است. ‏Hyper-Threading‏ مربوط به تکنولوژی سخت‌افزاری است که توسط برخی ‏پردازنده‌ها پشتیبانی می‌شود و به یک هسته فیزیکی امکان اجرای همزمان چندین رشته را می‌دهد. از ‏سوی دیگر، ‏Multi-Threading‏ به معنای اجرای همزمان چندین رشته کاری توسط یک برنامه یا سیستم ‏عامل است که می‌تواند بر روی هر پردازنده اجرا شود.‏

بهبود عملکرد برنامه‌ها با استفاده از ‏Hyper-Threading

Hyper-Threading‏ می‌تواند در بهبود عملکرد برنامه‌ها تأثیرگذار باشد، اما بسته به نوع برنامه و نحوه ‏استفاده از منابع پردازشی، این اثر ممکن است متغیر باشد. در زیر تعدادی از مزایا و محدودیت‌های ‏Hyper-Threading‏ را بررسی می‌کنیم:‏

مزایا
  1. افزایش قابل توجه در عملکرد چند وظیفه‌ای: با استفاده از ‏Hyper-Threading، هسته فیزیکی ‏یک پردازنده می‌تواند به صورت همزمان چندین رشته کاری را اجرا کند. این منجر به افزایش قابل توجه ‏در عملکرد چند وظیفه‌ای و برنامه‌هایی که قابلیت همروندی خوبی دارند می‌شود.‏
  2. بهره‌وری پردازشی بهتر: با ‏Hyper-Threading، پردازنده قادر است منابع پردازشی خود را به طور ‏مؤثر‌تر به کار بگیرد. در زمانی که یک رشته کاری در انتظار وقوع عملیات ورودی/خروجی است، هسته ‏فیزیکی می‌تواند به جای منتظر ماندن، به اجرای رشته کاری دیگری بپردازد. این باعث افزایش بهره‌وری ‏پردازشی و کاهش زمان انتظار می‌شود.‏
محدودیت‌ها
  1. تقسیم منابع پردازشی: هنگامی که هسته فیزیکی پردازنده به صورت همزمان چندین رشته کاری ‏را اجرا می‌کند، منابع پردازشی، مانند واحد اجرا و حافظه کش، بین این رشته‌ها تقسیم می‌شود. اگر ‏رشته‌های کاری به صورت همزمان از منابع پردازشی استفاده نکنند، ممکن است تداخل منابع و افت ‏عملکرد رخ دهد.‏
  2. وابستگی به نوع برنامه: ‏Hyper-Threading‏ بیشتر برنامه‌هایی که قابلیت همروندی خوبی دارند و ‏می‌توانند از طریق تقسیم وظایف بهره‌برداری کنند، بهره‌مند می‌شوند. اما برخی برنامه‌ها که بر اساس ‏ساختار یک رشته‌ای طراحی شده‌اند یا به صورت یک‌نخی عمل می‌کنند، بهره‌مندی کمتری از ‏Hyper-‎Threading‏ خواهند داشت.‏
  3. ‏Overhead‏: استفاده از ‏Hyper-Threading‏ ممکن است منجر به افزایش هزینه‌های سخت‌افزاری و ‏پیچیدگی پردازنده شود. همچنین، در برخی مواز برنامه‌ها، افزایش ‏overheating‏ (گرمایش اضافی) و ‏مصرف انرژی نیز ممکن است.‏

بنابراین، هرچند ‏Hyper-Threading‏ می‌تواند در بهبود عملکرد برنامه‌ها مفید باشد، اما نتیجه نهایی ‏بستگی به نوع برنامه، الگوریتم‌ها و شرایط مورد استفاده دارد. بهتر است قبل از استفاده از ‏Hyper-‎Threading، عملکرد برنامه را در شرایط مختلف مورد ارزیابی قرار داد و بهبود وضعیت تحت تأثیر ‏Hyper-‎Threading‏ را مورد بررسی قرار دهید.‏

جمع‌بندی

به طور خلاصه، ‏Hyper-Threading‏ عملکرد پردازنده را بهبود می‌بخشد، بهره‌وری منابع پردازشی را ‏افزایش می‌دهد و عملکرد برنامه‌های چند رشته‌ای را بهبود می‌بخشد. با این حال، لازم به ذکر است که ‏میزان بهبود عملکرد با توجه به نوع برنامه و میزان همزمانی وظایف می‌تواند متفاوت باشد، و همچنین ‏ممکن است در برخی موارد محدودیت‌ها و مشکلاتی وجود داشته باشد.‏