L'avvento della famiglia Alder Lake ha scosso l'intero mondo dei processori assetato di vera concorrenza. I nuovi chip sono diventati migliori dei loro predecessori sotto tutti gli aspetti: sono passati a un processo tecnico moderno, hanno ricevuto notevoli miglioramenti della microarchitettura, hanno aumentato il numero di core di calcolo e hanno persino ricevuto miglioramenti relativi alla dissipazione del calore. Ma non è tutto. Insieme a un raddoppio del numero di core di elaborazione e un salto di prestazioni, Alder Lake ha portato con sé un numero enorme di nuove funzionalità che dovremo affrontare in dettaglio per molto tempo. Core di calcolo di due tipi e una struttura ibrida, supporto per DDR5 e PCIe 5.0: queste sono solo le prime righe nell'elenco delle innovazioni, per ciascuna voce di cui è necessario condurre uno studio separato. E faremo sicuramente tale ricerca, tuttavia, vorrei iniziare a studiare le sfumature dell'utilizzo della nuova piattaforma Intel da un lato leggermente diverso: non l'hardware, ma il software.
I test iniziali del rappresentante senior della famiglia Alder Lake, il processore Core i9-12900K, sono stati effettuati da noi nel nuovo sistema operativo Windows 11. A prima vista, questa è una scelta logica: molti utenti con un aggiornamento della piattaforma hardware lo faranno Certamente desidera aggiornare l'ambiente software: Windows 11, come Alder Lake, è uno dei nuovi prodotti più interessanti di questo autunno. Inoltre, Intel sta anche spingendo direttamente per utilizzare il nuovo sistema operativo, parlando di ottimizzazioni speciali nel lavoro dello scheduler. Secondo la retorica dell'azienda, si può addirittura presumere che Windows 11 sia quasi un prerequisito per l'utilizzo di Alder Lake, poiché solo a questo sistema operativo viene promesso il supporto per la tecnologia Thread Director, che garantisce la corretta distribuzione dei thread tra i diversi tipi di core del processore .
Tuttavia, c'è un'altra posizione. Secondo le statistiche di Steam, il sistema operativo Windows 11 è attualmente utilizzato in meno del 2% dei sistemi di gioco, mentre la maggior parte dei giocatori preferisce Windows 10: la sua quota è appena inferiore al 90%. Cioè, la transizione a un nuovo sistema operativo è appena iniziata e la sua velocità finora non solo non consente di fare previsioni sulla sua adozione di massa, ma dà anche la ferma fiducia che i computer basati su Alder Lake nel mondo reale funzioneranno più spesso sotto Windows 10.
Pertanto, sarebbe sbagliato limitare i test del Core i9-12900K esclusivamente in Windows 11, e il test delle sue prestazioni deve essere ripetuto in Windows 10. Inoltre, i risultati dei test in questo caso saranno sicuramente diversi. E questo vale non solo per Alder Lake, con le caratteristiche ibride di cui lo scheduler di Windows 10 è molto meno familiare dello scheduler di Windows 11. fin dall'inizio. Non devi andare lontano per gli esempi. Negli ultimi due mesi dal rilascio di Windows 11, gli ingegneri AMD e Microsoft hanno dovuto affrettarsi per risolvere almeno due problemi con Ryzen: il funzionamento lento della cache L3 e la scelta errata del kernel preferito per i carichi di lavoro a thread singolo da parte il pianificatore. Naturalmente, non vi è alcuna garanzia che questi problemi fossero gli unici, e questo potrebbe anche spiegare le differenze nelle prestazioni relative della CPU in Windows 11.
Tuttavia, la questione centrale, a cui verrà data maggiore attenzione in questo articolo, riguarda ancora la compatibilità di Alder Lake e Windows 10. Da quanto appreso sulla tecnologia Thread Director subito prima dell'annuncio dei processori Core di dodicesima generazione, ne consegue che funzionano nel nuovo sistema operativo non è affatto uguale a quello vecchio, e per questo motivo, in Windows 10, puoi aspettarti ogni sorta di sovrapposizioni con prestazioni e inoperabilità di vari programmi (principalmente giochi). Pertanto, la trama principale dell'ulteriore storia sarà un confronto pratico del lavoro del Core i9-12900K in Windows 10 e Windows 11.
Ancora una volta su Thread Director:
Il vantaggio fondamentale di Windows 11 rispetto a Windows 10 in termini di processori Alder Lake è che il nuovo sistema operativo ha familiarità con la tecnologia Thread Director e il suo programma di pianificazione utilizza le capacità di questa tecnologia per distribuire il carico tra i core del processore, inclusi diversi tipi. In parole povere, in Windows 10, il lavoro dello scheduler con diversi tipi di kernel si basa esclusivamente sui loro dati sulle prestazioni, mentre in Windows 11 tutto è più complicato. In esso, lo scheduler non solo distingue i core in base alla velocità, ma riceve anche feedback dal processore: informazioni interattive sui tipi di codice eseguibile e informazioni sullo stato, le temperature attuali e il consumo energetico dei core.
A basso livello, Thread Director è un microcontrollore integrato in Alder Lake che raccoglie dati sul funzionamento dei core del processore con risoluzione di nanosecondi, li analizza e li trasferisce allo scheduler del sistema operativo con risoluzione di millisecondi. La telemetria di cui si occupa il microcontrollore è lo stato termico e il consumo di ciascuno dei core più i loro indicatori di carico, comprese le informazioni sui tipi di istruzioni in esecuzione. Un tale insieme di dati raccolti consente in definitiva di prendere decisioni informate sull'opportunità di spostare determinati processi da core produttivi (P-core) a efficienti dal punto di vista energetico (E-core) e viceversa.
Nel processo di lavoro congiunto, Thread Director e lo scheduler di Windows 11 suddividono tutti i processi eseguibili in tre classi base: background, cioè quelli la cui velocità di esecuzione non dipende dalle prestazioni del processore; normali processi in primo piano; e processi ad alta intensità di risorse che utilizzano determinati set di istruzioni AVX. La logica generale dello scheduler in Windows 11 è tale che i processi in background o i processi che trascorrono la maggior parte del tempo in attesa dell'arrivo dei dati vengono inviati a E-core e quei processi per cui le prestazioni sono davvero importanti vengono inviati a P-core. Allo stesso tempo, i processi che utilizzano le istruzioni AVX sono considerati di priorità più elevata e, poiché il processore non dispone di P-core liberi, i thread meno impegnativi vengono inviati agli E-core.
Una tale divisione dei thread in classi non è disponibile per lo scheduler di Windows 10, non sa nulla delle loro specifiche e invia semplicemente thread che richiedono più tempo della CPU a core più produttivi. Se parliamo delle prestazioni di applicazioni multithread ad alta intensità di risorse, sarà ovviamente lo stesso in Windows 10 e Windows 11. Tuttavia, in scenari di carichi di lavoro complessi, la strategia di pianificazione più reattiva implementata in Windows 11 può avere un effetto positivo sulla velocità di esecuzione delle attività. Ma il vantaggio più importante di Thread Director risiede nel piano dell'efficienza energetica. Lo scheduler di Windows 11 ha il compito non solo di ottenere le massime prestazioni dal processore, ma anche di farlo con il minimo consumo energetico, per quanto possibile (ma senza sacrificare le prestazioni) utilizzando l'E-core. Allo stesso tempo, in Windows 10, il problema del consumo energetico non viene considerato affatto.
Ma devi capire che anche in Windows 11, la tecnologia Thread Director svolge il ruolo di uno strumento ausiliario. Lo scheduler del sistema operativo non deve seguire le raccomandazioni fornite dal Thread Director nella gestione dei thread. Ad esempio, potrebbero non essere presi in considerazione quando i processi in esecuzione hanno priorità diverse o quando l'utente ha un'applicazione distribuita sul desktop che non è una priorità dal punto di vista del Thread Director. Tuttavia, l'interazione di basso livello tra hardware e sistema operativo di Windows 11 consente all'architettura ibrida di Alder Lake di essere più vantaggiosa.
Consumo energetico di Alder Lake: Windows 11 vs Windows 10:
Quindi, lo Scheduler di Windows 11, insieme al Thread Director, sta lottando per l'efficienza. In parole povere, tutto questo suona molto logico: conoscendo quali sono le richieste correnti dei thread eseguibili, lo scheduler del nuovo sistema operativo può inviare processi poco impegnativi agli E-core, che hanno una microarchitettura più semplice e frequenze più basse. Ed è facile verificare se questo dà qualche risultato: basta guardare il consumo di Alder Lake quando si eseguono le stesse attività in diversi sistemi operativi.
Per gli esperimenti, abbiamo utilizzato un sistema basato su un processore Core i9-12900K, dotato di 32 GB DDR5-4800, su cui abbiamo effettuato letture del consumo energetico in scenari identici in Windows 10 e Windows 11. Il primo controllo è stato il rendering in Cinebench R23 . Questo compito è caratterizzato dal fatto che tutti i kernel disponibili sono caricati con lavoro nel rendering, il che significa che è improbabile che il Thread Director aiuti con qualcosa: lo scheduler deve semplicemente allocare 24 thread creati dall'applicazione, in base ai 24 disponibili del processore. core (compresi quelli virtuali).
Tuttavia, questa immagine non viene sempre osservata. Ci sono molti casi in cui c'è una differenza significativa nel funzionamento di Alder Lake sotto Windows 10 e sotto Windows 11. I più comuni sono i giochi. Le moderne applicazioni di gioco cercano di parallelizzare il carico e molte di esse creano un numero significativo di thread. Tuttavia, la specificità di questi flussi è che sono per lo più diseguali. Uno o due flussi di solito svolgono il ruolo di presentatori, mentre il resto è di natura ausiliaria, eseguendo calcoli secondari se necessario o aspettando la reazione del giocatore o altri eventi. E questo è il terreno perfetto su cui Thread Director e Windows 11 Scheduler possono essere implementati con tutte le forze.
Ad esempio, abbiamo preso il gioco Horizon Zero Dawn, che utilizza attivamente il multithreading e carica facilmente tutti i 16 core virtuali disponibili su processori a otto core. E come hanno dimostrato i test, il consumo del Core i9-12900K in diversi sistemi operativi è diverso.
Il consumo medio del Core i9-12900K durante il test in Horizon Zero Dawn è stato di 103 W in Windows 11 e 109 W in Windows 10. Cioè, la tecnologia Thread Director, grazie all'accurata disposizione dei thread tra i core, può raggiungere circa il 6% di risparmio di energia elettrica.
Ma un'immagine ancora più interessante può essere vista se guardi nel task manager. In Windows 11, durante il gioco, anche il carico del processore è inferiore e di una quantità piuttosto significativa del 10%.
È opportuno ricordare qui che la metrica "carico del processore" mostrata nei moderni sistemi operativi non è proprio tale. In effetti, il sistema operativo non mostra il tempo relativo trascorso dal processore per lavoro, ma un valore diverso: il suo "tempo non inattivo", ovvero la quantità relativa di tempo che il processore ha trascorso al di fuori dello speciale thread Idle creato da il pianificatore. E questo significa che il processo inattivo, quando i thread in esecuzione non terminano, ma sono inattivi, in attesa di ricevere alcuni dati, nelle letture del task manager vengono interpretati come un carico e non come un semplice carico. Pertanto, il minor utilizzo della CPU in Windows 11 non significa che funzioni meno. Semplicemente ricevendo informazioni dal Thread Director su quali thread stanno effettivamente utilizzando le risorse del processore e quali stanno solo aspettando i dati, lo scheduler ha la capacità di impacchettare meglio i thread inattivi sugli E-core, liberando i P-core per un carico computazionale reale.
Per l'utente, ciò significa che nei sistemi basati su processori Alder Lake, l'uso di Windows 11 non solo otterrà una migliore efficienza, ma in generale otterrà una migliore implementazione del multithreading.
Horizon Zero Dawn è tutt'altro che l'unico gioco in cui il Core i9-12900K mostra un consumo energetico inferiore in Windows 11. Una situazione simile si osserva in molte altre applicazioni. Ad esempio, il grafico seguente mostra il consumo del vecchio Alder Lake in due versioni del sistema operativo in un'altra applicazione di gioco: Shadow of the Tomb Raider.
E ancora la stessa cosa, solo qui la differenza nel consumo medio è già di circa 9 W, ovvero l'utilizzo di Windows 11 con la tecnologia Thread Director riduce il consumo del processore di quasi il 10%.
Tuttavia, l'immagine quando il consumo di Alder Lake in Windows 11 è inferiore non si verifica nel cento per cento delle situazioni. Ci sono anche esempi opposti, in particolare, il solito lavoro d'ufficio nelle applicazioni della suite Microsoft Office. Abbiamo utilizzato lo script di test Procyon Office Productivity per simulare il lavoro quotidiano di un utente in Word, Excel, PowerPoint e Outlook. E quando è stato eseguito, contrariamente alle aspettative, il consumo di una piattaforma basata sul Core i9-12900K in Windows 11 ha superato il consumo della stessa piattaforma, ma in Windows 10 di diversi watt.
A prima vista, questo è un risultato molto strano, poiché le applicazioni per ufficio sono un ovvio esempio di un carico di lavoro che può essere eseguito su core efficienti dal punto di vista energetico, riducendo il consumo energetico. In pratica il consumo medio del Core i9-12900K in Windows 11 risulta essere di 1-2 W superiore rispetto a Windows 10. Ma c'è anche una semplice spiegazione per questo fenomeno: la chiave suggerisce lo spostamento delle curve corrispondenti al consumo in Windows 10 e Windows 11 l'uno rispetto all'altro sul lato destro del grafico. Questo perché in Windows 11, le applicazioni per ufficio vengono eseguite più velocemente, il che comporta un aumento del consumo energetico.
In altre parole, qui viene alla luce un altro vantaggio di Windows 11. A causa del fatto che questo sistema operativo conosce a fondo le peculiarità dell'architettura del processore ibrido Intel, non si confonde in diversi tipi di core e alcune applicazioni si dimostrano più elevate prestazioni in esso. In particolare, la velocità di esecuzione dello script Office Procyon Office Productivity in Windows 11 era di circa il 9% superiore rispetto a Windows 10. Ciò significa che le prestazioni del Core i9-12900K in diversi sistemi operativi sono davvero diverse e questo problema merita un discorso a parte discussione.
Windows 11 e sicurezza basata sulla virtualizzazione (VBS):
Ma prima di passare ai risultati dei test, è necessario prestare attenzione a un'impostazione di sicurezza di Windows 11 che li riguarda direttamente: la sicurezza basata sulla virtualizzazione (VBS). I rapporti di allarme hanno indicato che questa opzione può facilmente rovinare le prestazioni del gioco e in alcuni casi è abilitata per impostazione predefinita.
VBS, o "sicurezza basata sulla virtualizzazione", consente a Windows 11 di creare un'enclave di memoria sicura per applicazioni mission-critical completamente isolata dal codice potenzialmente pericoloso, incluso il sistema operativo stesso e le sue vulnerabilità. Inoltre, un'altra funzionalità di sicurezza integrata, Hypervisor-Enforced Code Integrity (HVCI), funziona sulla base di VBS, che impedisce a driver e software non firmati o discutibili di entrare nell'area di memoria del sistema. Insieme, le funzioni di VBS e HVCI mirano a proteggere il sistema operativo e i dati sensibili dell'utente dal malware, anche se può aggirare la protezione antivirus esistente.
VBS e HVCI potevano essere attivati in Windows 10, ma lì queste funzionalità erano sempre inizialmente disabilitate. Con il rilascio di Windows 11, Microsoft ha rafforzato gli standard di sicurezza e ora abiliterà automaticamente VBS e HVCI su determinati sistemi. Prima di tutto, questo vale per i casi in cui Windows 11 è installato da zero su un computer. In un'installazione pulita, è probabile che le impostazioni di sicurezza siano abilitate a meno che la virtualizzazione non sia stata disabilitata tramite il BIOS. Tuttavia, allo stesso tempo, durante l'aggiornamento da Windows 10 a Windows 11, se le opzioni corrispondenti non erano abilitate nel vecchio sistema operativo, rimarranno disattivate nel nuovo sistema operativo. Se stiamo parlando dell'acquisto di un computer già pronto, in questo caso la decisione di attivare VBS e HVCI nelle impostazioni viene presa dal produttore.
Pertanto, per impostazione predefinita, gli utenti di Windows 11 riceveranno due diverse opzioni di configurazione a seconda dell'origine del computer e del tipo di installazione del sistema operativo. E dire quale di loro è "più corretto" è impossibile. Intel consiglia di non abbandonare VBS e HVCI su sistemi basati su processori Alder Lake, poiché ciò aumenta la sicurezza del sistema. Tuttavia, in questo caso, dovrai sopportare non solo una leggera diminuzione delle prestazioni, ma anche l'inoperabilità di alcune versioni di programmi, ad esempio i giochi piratati.
Pertanto, parlando delle prestazioni dei sistemi moderni in Windows 11, dovremo considerare due opzioni per le impostazioni: entrambe con funzionalità VBS e HVCI attivate e senza di essa.
È possibile verificare se il meccanismo VBS è attivo in un sistema specifico utilizzando lo strumento standard MSInfo32.exe (System Information).
VBS viene attivato e disattivato con l'interruttore di integrità della memoria, che si trova nelle impostazioni di sistema nella pagina Core Isolation, che si trova nella sezione Privacy e sicurezza / Sicurezza di Windows / Sicurezza del dispositivo.
2021-11-22 13:00:58
Autore: Vitalii Babkin