O advento da família Alder Lake abalou todo o mundo dos processadores, faminto por uma competição real. Os novos chips se tornaram melhores do que seus predecessores em todos os aspectos: eles mudaram para um processo técnico moderno, receberam melhorias notáveis na microarquitetura, aumentaram o número de núcleos de computação e até receberam melhorias relacionadas à dissipação de calor. Mas isso não é tudo. Junto com a duplicação do número de núcleos de processamento e um salto no desempenho, Alder Lake trouxe consigo um grande número de novos recursos que teremos que lidar em detalhes por muito tempo. Núcleos de computação de dois tipos e uma estrutura híbrida, suporte para DDR5 e PCIe 5.0 - essas são apenas as primeiras linhas na lista de inovações, para cada item da qual você precisa realizar um estudo separado. E certamente faremos essa pesquisa, no entanto, gostaria de começar a estudar as nuances do uso da nova plataforma Intel de um lado um pouco diferente - não de hardware, mas de software.
O teste inicial do representante sênior da família Alder Lake, o processador Core i9-12900K, foi realizado por nós no novo sistema operacional Windows 11. À primeira vista, esta é uma escolha lógica - muitos usuários com uma atualização de plataforma de hardware irão certamente deseja atualizar o ambiente de software: o Windows 11, como o Alder Lake, é um dos novos produtos mais recentes neste outono. Além disso, a Intel também está pressionando diretamente para usar o novo sistema operacional, falando sobre otimizações especiais no trabalho do planejador. De acordo com a retórica da empresa, pode-se até supor que o Windows 11 é quase um pré-requisito para o uso do Alder Lake, já que somente a este sistema operacional é prometido suporte para a tecnologia Thread Director, que garante a distribuição correta de threads entre diferentes tipos de núcleos de processador .
No entanto, existe outra posição. De acordo com as estatísticas do Steam, o sistema operacional Windows 11 é usado atualmente em menos de 2% dos sistemas de jogos, enquanto a maioria dos jogadores prefere o Windows 10 - sua participação é de pouco menos de 90%. Ou seja, a transição para um novo sistema operacional está apenas começando, e sua velocidade até agora não só não permite fazer quaisquer previsões sobre sua adoção em massa, mas também dá a firme confiança de que computadores baseados em Alder Lake no mundo real funcionarão com mais frequência no Windows 10.
Portanto, seria errado limitar os testes do Core i9-12900K exclusivamente no Windows 11, e o teste de seu desempenho deve ser repetido no Windows 10. Além disso, os resultados do teste neste caso certamente serão diferentes. E isso se aplica não apenas a Alder Lake, com os recursos híbridos dos quais o agendador do Windows 10 é muito menos familiar do que o agendador do Windows 11. desde o início. Você não precisa ir longe para obter exemplos. Nos últimos dois meses, desde o lançamento do Windows 11, os engenheiros da AMD e da Microsoft tiveram que se apressar para consertar pelo menos dois problemas com Ryzen - a operação lenta do cache L3 e a escolha incorreta do kernel preferido para cargas de trabalho de thread único o planejador. Naturalmente, não há garantia de que esses problemas foram os únicos, e isso também pode ser responsável pelas diferenças no desempenho relativo da CPU no Windows 11.
No entanto, a questão central, que receberá mais atenção neste artigo, ainda diz respeito à compatibilidade de Alder Lake e Windows 10. Pelo que aprendemos sobre a tecnologia Thread Director imediatamente antes do anúncio dos processadores Núcleo da 12ª Geração, seguiu-se que eles funcionam no novo sistema operacional, não é nada igual ao antigo, e por causa disso, no Windows 10, você pode esperar todos os tipos de sobreposições com desempenho e inoperabilidade de vários programas (principalmente jogos). Portanto, o enredo principal da próxima história será uma comparação prática do trabalho do Core i9-12900K no Windows 10 e no Windows 11.
Mais uma vez sobre o Thread Director:
A vantagem fundamental do Windows 11 sobre o Windows 10 em termos de processadores Alder Lake é que o novo sistema operacional está familiarizado com a tecnologia Thread Director e seu planejador usa os recursos dessa tecnologia para distribuir a carga entre os núcleos do processador, incluindo diferentes tipos. Em termos simples, no Windows 10, o trabalho do planejador com diferentes tipos de kernels é baseado exclusivamente em seus dados de desempenho, enquanto no Windows 11 tudo é mais complicado. Nele, o escalonador não apenas distingue os núcleos pela velocidade, mas também recebe feedback do processador - informações interativas sobre os tipos de código executável e informações sobre o estado, as temperaturas atuais e o consumo de energia dos núcleos.
Em um nível inferior, Thread Director é um microcontrolador embutido em Alder Lake que coleta dados sobre o funcionamento dos núcleos do processador com resolução de nanossegundos, analisa-os e os transfere para o agendador do sistema operacional com resolução de milissegundos. A telemetria de que trata o microcontrolador é o estado térmico e o consumo de cada um dos núcleos mais seus indicadores de carga, incluindo informações sobre os tipos de instruções em execução. Em última análise, esse conjunto de dados coletados permite que você tome decisões informadas sobre a conveniência de mover certos processos de núcleos produtivos (P-cores) para eficientes em termos de energia (E-cores) e vice-versa.
No processo de trabalho conjunto, o Thread Director e o escalonador do Windows 11 subdividem todos os processos executáveis em três classes básicas: background, ou seja, aqueles cuja velocidade de execução independe do desempenho do processador; processos normais de primeiro plano; e processos de uso intensivo de recursos que usam certos conjuntos de instruções AVX. A lógica geral do agendador no Windows 11 é tal que os processos em segundo plano ou processos que passam a maior parte do tempo esperando a chegada dos dados são enviados para os E-cores, e os processos para os quais o desempenho é realmente importante são enviados para os P-cores. Ao mesmo tempo, os processos que usam instruções AVX são considerados de prioridade mais alta e, como o processador não tem P-cores livres, threads menos exigentes são enviados para os E-cores.
Essa divisão de threads em classes não está disponível para o agendador do Windows 10, ele não sabe nada sobre suas especificações e simplesmente envia threads que levam mais tempo de CPU para núcleos mais produtivos. Se falarmos sobre o desempenho de aplicativos multithread com uso intensivo de recursos, obviamente será o mesmo no Windows 10 e no Windows 11. No entanto, em cenários de carga de trabalho complexos, a estratégia de agendamento mais responsiva implementada no Windows 11 pode ter um efeito positivo na velocidade de execução da tarefa. Mas a vantagem mais importante do Thread Director está no plano da eficiência energética. O agendador do Windows 11 se depara com a tarefa não só de obter o máximo desempenho do processador, mas também com o mínimo consumo de energia, tanto quanto possível (mas sem sacrificar o desempenho) usando o E-core. Ao mesmo tempo, no Windows 10, a questão do consumo de energia não é considerada de forma alguma.
Mas você precisa entender que mesmo no Windows 11, a tecnologia Thread Director desempenha o papel de uma ferramenta auxiliar. O planejador do SO não precisa seguir as recomendações fornecidas pelo Thread Director no gerenciamento de threads. Por exemplo, eles não podem ser levados em consideração quando os processos em execução têm prioridades diferentes ou quando o usuário tem um aplicativo implantado na área de trabalho que não é uma prioridade do ponto de vista do Thread Director. No entanto, a interação de baixo nível entre o hardware e o sistema operacional que o Windows 11 possui permite que a arquitetura híbrida Alder Lake seja mais vantajosa.
Consumo de energia de Alder Lake: Windows 11 vs Windows 10:
Portanto, o Windows 11 Scheduler, junto com o Thread Director, está lutando pela eficiência. Em outras palavras, tudo isso parece muito lógico: sabendo quais são as solicitações atuais dos threads executáveis, o escalonador do novo sistema operacional pode enviar processos pouco exigentes para E-cores, que têm uma microarquitetura mais simples e frequências mais baixas. E é fácil verificar se isso dá algum resultado - basta olhar para o consumo de Alder Lake ao executar as mesmas tarefas em sistemas operacionais diferentes.
Para os experimentos, usamos um sistema baseado em um processador Core i9-12900K, equipado com 32 GB DDR5-4800, no qual fizemos leituras de consumo de energia em cenários idênticos no Windows 10 e Windows 11. A primeira verificação foi renderizada no Cinebench R23 . Esta tarefa é caracterizada pelo fato de que todos os kernels disponíveis são carregados com trabalho de renderização, o que significa que o Thread Director dificilmente ajudará em nada: o escalonador simplesmente precisa alocar 24 threads criados pela aplicação, de acordo com os 24 processadores disponíveis núcleos (incluindo os virtuais).
No entanto, nem sempre esse quadro é observado. Há muitos casos em que há uma diferença significativa na operação de Alder Lake no Windows 10 e no Windows 11. Os mais comuns são os jogos. Os aplicativos de jogos modernos tentam paralelizar a carga e muitos deles criam um número significativo de threads. No entanto, a especificidade desses fluxos é que eles são, em sua maioria, desiguais. Um ou dois streams geralmente desempenham o papel de apresentadores, enquanto o resto é de natureza auxiliar, realizando cálculos secundários conforme necessário ou aguardando a reação do jogador ou alguns outros eventos. E este é o terreno perfeito no qual o Thread Director e o Windows 11 Scheduler podem ser implantados com força total.
Como exemplo, pegamos o jogo Horizon Zero Dawn, que usa ativamente multithreading e carrega facilmente todos os 16 núcleos virtuais disponíveis em processadores de oito núcleos. E, como os testes mostraram, o consumo do Core i9-12900K em diferentes sistemas operacionais é diferente.
O consumo médio do Core i9-12900K durante a execução de teste no Horizon Zero Dawn foi de 103 W no Windows 11 e 109 W no Windows 10. Ou seja, a tecnologia Thread Director, devido ao arranjo preciso de threads entre os núcleos, pode atingir cerca de 6% de economia de eletricidade.
Mas uma imagem ainda mais interessante pode ser vista se você olhar para o gerenciador de tarefas. No Windows 11, durante o jogo, a carga do processador também é menor, e em uma quantidade bastante significativa de 10%.
É apropriado lembrar aqui que a "carga do processador" métrica mostrada nos sistemas operacionais modernos não é realmente tal. Na verdade, o sistema operacional não exibe o tempo relativo gasto pelo processador para o trabalho, mas um valor diferente - seu "tempo não inativo", ou seja, a quantidade relativa de tempo que o processador gastou fora do thread inativo especial criado por o planejador. E isso significa que o processo ocioso, quando os threads em execução não terminam, mas ficam ociosos, aguardando o recebimento de alguns dados, nas leituras do gerenciador de tarefas são interpretados como uma carga, e não como uma simples. Portanto, a menor utilização da CPU no Windows 11 não significa que ele trabalhe menos. Simplesmente recebendo informações do Thread Director sobre quais threads estão realmente usando recursos do processador e quais estão apenas esperando por dados, o agendador tem a capacidade de empacotar melhor as threads ociosas em E-cores, liberando P-cores para carga computacional real.
Para o usuário, isso significa que em sistemas baseados em processadores Alder Lake, o uso do Windows 11 não só alcançará melhor eficiência, mas em geral obterá uma melhor implementação de multithreading.
Horizon Zero Dawn está longe de ser o único jogo em que o Core i9-12900K mostra menor consumo de energia no Windows 11. Uma situação semelhante é observada em muitos outros aplicativos. Por exemplo, o gráfico a seguir mostra o consumo do antigo Lago Alder em duas versões do sistema operacional em outro aplicativo de jogo - Shadow of the Tomb Raider.
E novamente a mesma coisa, só que aqui a diferença de consumo médio já é da ordem de 9 W, ou seja, usar o Windows 11 com tecnologia Thread Director reduz o consumo do processador em quase 10%.
No entanto, o quadro quando o consumo de Alder Lake no Windows 11 é menor não ocorre em cem por cento das situações. Existem também exemplos opostos, em particular, o trabalho de escritório usual em aplicativos do pacote Microsoft Office. Usamos o script de teste de Produtividade do Procyon Office para simular o trabalho do dia-a-dia de um usuário no Word, Excel, PowerPoint e Outlook. E quando foi executado, ao contrário do que se esperava, o consumo de uma plataforma baseada no Core i9-12900K no Windows 11 era superior ao consumo da mesma plataforma, mas no Windows 10 em vários watts.
À primeira vista, este é um resultado muito estranho, uma vez que os aplicativos de escritório são um exemplo óbvio de uma carga de trabalho que pode ser executada em núcleos energeticamente eficientes, reduzindo o consumo de energia. Na prática, o consumo médio do Core i9-12900K no Windows 11 acaba sendo 1-2 W maior do que no Windows 10. Mas também há uma explicação simples para esse fenômeno: a chave sugere o deslocamento das curvas correspondentes ao consumo no Windows 10 e Windows 11 em relação um ao outro no lado direito do gráfico. Isso ocorre porque, no Windows 11, os aplicativos de escritório são executados com mais rapidez, o que aumenta o consumo de energia.
Em outras palavras, aqui vem outra vantagem do Windows 11. Pelo fato de este SO estar totalmente familiarizado com as peculiaridades da arquitetura do processador híbrido Intel, ele não se confunde em diferentes tipos de núcleos, e alguns aplicativos demonstram maior desempenho nele. Em particular, a velocidade de execução do script Procyon Office Productivity office no Windows 11 foi cerca de 9% maior do que no Windows 10. Isso significa que o desempenho do Core i9-12900K em diferentes sistemas operacionais realmente difere, e este problema merece uma consideração separada discussão.
Windows 11 e segurança baseada em virtualização (VBS):
Mas antes de mudar para os resultados do teste, você precisa prestar atenção a uma configuração de segurança do Windows 11 que os afeta diretamente - Virtualization-based Security (VBS). Os relatórios de alarme indicaram que esta opção pode facilmente arruinar o desempenho do jogo e, em alguns casos, é habilitada por padrão.
VBS, ou "segurança baseada em virtualização", permite que o Windows 11 crie um enclave de memória seguro para aplicativos de missão crítica que é completamente isolado de código potencialmente inseguro, incluindo o próprio sistema operacional e suas vulnerabilidades. Além disso, outro recurso de segurança integrado, Hypervisor-Enforced Code Integrity (HVCI), funciona com base no VBS, que impede que drivers e software não assinados ou questionáveis entrem na área de memória do sistema. Juntas, as funções de VBS e HVCI têm como objetivo proteger o sistema operacional e os dados confidenciais do usuário contra malware, mesmo que ele possa ignorar a proteção antivírus existente.
VBS e HVCI podiam ser ativados no Windows 10, mas lá esses recursos sempre estavam inicialmente desabilitados. Com o lançamento do Windows 11, a Microsoft reforçou os padrões de segurança e agora habilitará automaticamente o VBS e o HVCI em sistemas selecionados. Em primeiro lugar, isso se aplica aos casos em que o Windows 11 é instalado do zero em um computador. Em uma instalação limpa, as configurações de segurança provavelmente serão habilitadas, a menos que a virtualização tenha sido desabilitada por meio do BIOS. No entanto, ao mesmo tempo, ao atualizar do Windows 10 para o Windows 11, se as opções correspondentes não estiverem habilitadas no sistema operacional antigo, elas permanecerão desativadas no novo sistema operacional. Se estamos falando em comprar um computador pronto, então neste caso a decisão de ativar VBS e HVCI nas configurações é do fabricante.
Assim, por padrão, os usuários do Windows 11 obterão duas opções de configuração diferentes dependendo da origem do computador e do tipo de instalação do sistema operacional. E dizer qual deles é "mais correto" é impossível. A Intel recomenda não abandonar VBS e HVCI em sistemas baseados em processadores Alder Lake, pois isso aumenta a segurança do sistema. Porém, neste caso, você terá que aturar não apenas uma ligeira diminuição no desempenho, mas também a inoperância de certas versões de programas, por exemplo, jogos piratas.
Portanto, falando sobre o desempenho dos sistemas modernos no Windows 11, teremos que considerar duas opções de configurações - ambas com VBS e funcionalidade HVCI ativadas, e sem ela.
Você pode verificar se o mecanismo VBS está ativo em um sistema específico usando a ferramenta padrão MSInfo32.exe (Informações do sistema).
O VBS é ativado e desativado com a chave de integridade da memória, localizada nas configurações do sistema na página Isolamento de núcleo, localizada na seção Privacidade e segurança / Segurança do Windows / Segurança do dispositivo.
2021-11-22 13:00:58
Autor: Vitalii Babkin