Single, dual, quad, octa, 80 und dann Standbild

bernd das brot · 5. September 2007

Zitat von Orthy.de:

Ein Witz!

Ey kennst Du den schon? Sagt der Taube zu dem Blinden "Ich hab gehört WindowsVista kann nur mit bis zu 8 Kernen und läuft nur mit bis zu 2 Kernen optimal. Das hat mir der Ty Carlson auf CNet gesagt."

"You're going to see in excess of 8, 16, 64 and beyond processors on your client computer,"... WindowsVista on the other hand, is "designed to run on 1, 2, maybe 4 processors," (Ty Carlson; CNet)

Für den Blinden hat sich das dann so angehört

Vista: Nicht mehr als vier Prozessorkerne möglich?

Microsofts Betriebssystem Windows könnte auf dem Weg zu immer mehr CPU-Cores nun offenbar zu einem Hindernis werden, ...
(Quelle: Winfuture.de)

Planet3DNow hats schon vorher gewusst

Eigentlich ist diese Erkenntnis, die Ty Carlson, Direktor für technische Strategie bei Microsoft, im Rahmen einer Podiumsdiskussion auf der Future-in-Review-Konferenz zum ersten Mal auch öffentlich verlauten ließ, nichts Neues.

Tja, da hat Mr. Carson ja einen dummen Fehler gemacht. Er hat laut ausgesprochen, was sowieso jeder wusste.
Die Erklärung liest sich für den belesenen Informatiker wie eine neue Wissenschaft. Microsoft hat offensichtlich eine neue Thread-Technologie eingeführt "das Deckeln".

Vier CPU-Kerne kann der Vista-Scheduler noch ganz gut mit Arbeit eindecken. Bei Systemen mit noch mehr Kernen fängt Windows dann an zu deckeln... (Quelle: Planet3dnow.de)

Daraufhin geht der Blinde in seine Selbsthilfegruppe und erzählt allen: "Linux ist besser als Windows. Bill Gates hats gesagt, ich habs genau gesehen!"

Klare Sache!
Viele Seiten haben das mittlerweile richtig gestellt (oder, doch auch erst, nachdem sie mal einen Text von jemanden gelesen hatten, der sich mit sowas auskennt).
Also Der WindowsVista-Kern ein direkter Nachfolger von WindowsNT unterstützt grundsätzlich bis zu 64 Kerne (Datacenter-Server). Schon zu WindowsXP-Professional-Zeiten hat jedoch Microsoft mit voller Absicht den Support für mehr als 2 Kerne limitiert. Dieses Limit soll es nun eigentlich nicht mehr geben (Vista Ultimate bis zu 8 Kerne, wobei das OS sich davon maximal 4 gönnt). Doch dies führt dazu dass gerade das Betriebsystem selbst nicht mehr als einen vielleicht zwei Kerne für sich beansprucht.
Wenn nun ein Intel "Polaris 2" mit bis zu 80 CPU-Kernen kommt die jeder für sich weit weniger Leistung haben, als die aktuellen Prozessoren, aber alle zu sammen natürlich deutlich mehr dann bekommt der WindowsNT-Kern ein Problem.

Man bekommt ihn vielleicht so hin gebogen, dass er auf 4 Kernen noch mitzieht unter Umständen auch auf 8 danach muss aber ein komplettes Umdenken stattfinden. Und genau das hat Mr. Carlson gemeint.
So weit zur Schuld von Microsoft selbst. Andererseits ist die historisch gewachsene Single-Thread-Architektur mit Schuld. Sprich ein Programm ein Thread. Das waren halt die 80er und 90er... Highlander war im Kino erfolgreich ("Es kann nur einen geben!" Warum eigentlich?), zum Zeitreisen benötigte man nur einen Flux-Kompensator und Matthew Broderick hat mit seinem Brotkasten das US-Militär hacken können.
Das Dilemma liegt in der Abarbeitung des Programmcodes. Mehrere Threads bedeutet mehreres zu parallelisieren.
Ich beschreib das ja immer gerne mit Kaffee kochen. Wen einer Kaffee kocht tut er
1. Das Wasser in die Maschine
2. Kaffeefilter in den Filterhalter
3. Kaffee in den Filter
4. Kanne drunter stellen
5. Maschine an

Wenn nun zwei Prozessorkerne Kaffee kochen wollen, dann könnte das so aussehen

1. CPU1: Wasser + CPU2: Filter
2. CPU1: Kaffee + CPU2: Kanne
3. CPU1: Maschine an
Ah! Nur noch 3 Arbeitsschritte - sehr gut! Der Aufwand hat sich also um ca 30% gesenkt.
Mehr parallelisieren geht aber nicht. Schon eine dritte Kaffeekochende CPU würde in Schritt 1 nichts tun können. Denn die Kanne darunter stellen kann sie erst wenn das Wasser in der Maschine ist, das Kaffeepulver erst einfüllen wenn der Filter im Filterhalter ist. Und wenn sie die Maschine jetzt schon einschaltet gibts ein Unglück. Ende der Thread-Zerlegung.
Ergo Wir brauchen eine zweite Maschine und können dann bis zu 4 CPUs beschäftigen.
In jeder der Maschinen kochen wir dann nur halb so viel Kaffee.
Aber auch das hat ein totes Ende. Denn irgendwann kochen wir in jeder Maschine nicht einmal mehr eine Tasse und haben trotzdem 16 CPU-Kerne damit beschäftigt. Wir könnten natürlich einfach mehr Kaffee kochen aber den braucht keiner!

Dieses simple Alltagsdilemma zeigt das Problem das JEDE Programmierung hat. Manchmal sind Abläufe vom Ergebnis eines anderen Ablaufs abhängig und irgendwann ist ein Grad der Arbeitsteilung erreicht in dem sich ein Problem nicht weiter zerlegen lässt.

Unix, Linux und die Server
Schon tanzen die Linuxer wie die Inquisition ums Feuer und freuen sich, dass Linux das ja alles kann. Nein, tut es nicht, es macht es nur besser. Im Serverbereich gibt es viele Dienste synchron am Laufen zu halten. Ein Webserver selbst kann bspw. schön parallelisieren. Sehr einfache Aufgaben, welche selten von einander abhänigig sind und vieltausendmal in kurzer Zeit wiederholt werden. Perfekt! Darum hat sich auch im Serverbereich deutlich Multi-Threading durchgesetzt. Ein kleiner Server hat heute schon 4 Kerne.
Tatsächlich hat die Herkunft aus dem Serversegment Vorteile für Linux. Seitens des Kernels muss man sich weit weniger Gedanken um 80-Cores machen als Microsoft. Microsoft darf sich wahrscheinlich einen komplett neuen Kern stricken.
Doch eines kann Linux wie Windows auf die Füße fallen. Was wenn die Anwendungsentwicklung nicht mit zieht? Sprich ein Programm vielleicht auch älteren Datums benutzt nur einen Thread. Dann wird es auch nur auf einem der 80 Kerne laufen. Wie erwähnt ist ein einzelner Kern deutlich langsamer als die meisten heute verfügbaren Single-Cores. Diese werden dann schön gemächlich auf ihrem Kern laufen es sei denn man virtualisiert!

Virtualisierung sinnvoll eingesetzt
Und da kommt nun Virtualisierung ins Spiel. Heute bedeutet Virtualisierung hauptsächlich noch bei einem Multi-Kern-System einen Kern zu verwenden um ein zweites Betriebsystem mit guter Peformance parallel zu starten.
Morgen könnte die Sache auch so laufen dass einem Betriebsystem auf einem 80-Kerner ein Prozessor mit nur 4 Kernen "vorgegaukelt" wird. Die dafür notwendige automatische "Threadzerlegung in Hardware" ist jeodch eine Wissenschaft für sich. Woher soll die Virtualisierungsmaschine wissen dass das, was da raus kommt mal Kaffee werden soll? Willkommen in der Welt der Skalararchitekturen...

So ist es und so sollte es sein
Doch niemand bringt den Anwendern das Dilemma bei. Ganz nach dem mittelalterlichen "Die Erde ist eine Scheibe"-Konzept wird dem Anwender erklärt, dass Microsoft "Schuld" sei. Man kann den Redmonder Riesen durchaus da eine Teilschuld nachweisen doch Fakt ist es müssen alle Softwarehersteller mitziehen.
Kaum jemand spricht die Probleme direkt an und erklärt warum ein 80-Core wahrscheinlich nicht "der Hammer" wird (Weil man keine 80 Leute braucht um ne Kanne Kaffee zu kochen!).

Fakten
Sowohl Intel wie auch AMD haben durch die Blume breits gesagt, das bei Octa-Cores (8 Kerne) erst einmal wieder Schluss sein wird mit den Desktop-Multi-Cores. Schon bei aktuellen Quad-Cores hält sich der Mehrnutzen in Grenzen (aktuell im Otto-Normalanwender-Bereich gleich Null).
Seitens AMD wird schon seit geraumer Zeit an obig genannter Virtualisierung geforscht. Schon beim Quad-Core herrscht Optimierungsbedarf!
Gerade hat sich die Softwarebranche zu halbwegs erträglichem Support für DualCores durchgerungen. Und selbst hier sind es die Vorreiter auf dem Desktopsegment die Spiele welche am meisten davon profitieren.
Packprogramme, Codecs, Videorenderer, Bildbearbeiter usw. lernen nur sehr allmählich mit mehr als einem Kern zu hantieren. Irgendwann wird ein Dual-Core vielleicht Voraussetzung damit ein Programm überhaupt läuft. Doch solche Programme gibt es aktuell praktisch nicht.

Fazit
Wir haben das Jahr 2007 - Zweieinhalb Jahre nach der Einführung der Dualcores im Desktopbereich und fünf Jahre nach Intels Hyperthreading. Es wird noch mindestens 2 Jahre dauern bis DualCores auf breiter Front unterstützt werden. Die Anpassung der Software auf Quadcores wird sogar noch schwieriger (und ineffizienter). Über den Sinn und Unsinn von Octacores können wir uns vielleicht 2012 unterhalten. Bis dahin kräht kein Hahn mehr nach WindowsVista und wenn alles gut geht nutzen wir dann alle Linux und lachen übe die heutige Meldung.
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(wenn einem eine bessere Überschrift einfällt immer her damit)

Quelle: Orthy.de

Editiert von alexirsi:
ich hab das ganze mal in quotes gelegt

Kaktus · 5. September 2007

Ansich ein sehr guter Text

Aber da ich ja immer etwas zu meckern habe .... zwei Punkte stören mich.

Dein Beispiel mit der Kaffeemaschiene und der Parallelisierung im allgemeinen finde ich nicht wirklich zutreffend. Sicher können wir uns derzeit nicht vorstellen wie man 80 Kerne auslasten soll, zumindest im Desktopsegment. Im Serverbereich sollte das sehr einfach sein, da hier ja generell schon Clustersysteme verwendet werden und durch solche CPUs enorm an Platz und Technik gespart werden kann.
Im Desktop Bereich kann man aber sehr wohl mehr als 4 Kerne auslasten. Natürlich werden die Performancesprünge mit mehr Kernen immer kleiner, jedoch kann man ein Computer Spiel auf mehr als 4 Kerne berechnen lassen. Anno 1701 oder Company of Heros sowie Lost Planet zeigen diese möglichkeiten überdeutlich
, grade letzteres zeiht bei einigen Szenen 70% mehr Leistung aus einem Quadcore im Vergleich zu einem Dualcore. Den Spiele kann man sehr gut zerlegen.

CPU1 - Physik
CPU2 - Grafik
CPU3 - Sound (Ja da rechnet selbst bei einer Soundkarte, gleich welcher, die CPU mit)
CPU4 - KI
CPU5 - Grafik
CPU6 - Hintergrundprogramme

So hätte man recht einfach 6 Kerne belegt. Und das 4 Kerne heute schon gut verwendet werden können bei Spielen, zeigt Lost Planet sehr deutlich. Und dies ist nur ein Beispiel. Schaut man sich auch die Test bei X-Bit Labs an, ist es ebenfalls sehr deutlich wie gut Quadcore heute schon genutzt wird.

Im Rendering und Decoding Bereich ist die Auslastung mehrere Kerne sogar vergleichbar Simpel zu lösen. Große Programmiertechnische Aufwände sind hier gar nicht nötig. Den es muss bei Codieren oder Rendern jedem CPU Kern ein Teilbereich zugewiesen werden. Quasi ein Bildausschnitt beim Rendern oder ein Teilstück beim Codieren. Mehr nicht. Da Zusammenhänge hier nicht wirklich vorhanden sind. So können alle Kerne sogar sehr einfach 100%ig genutzt werden.

Insgesamt wird die Umstellung auf mehr Kerne sehr schnell von statten gehen, wie man jetzt schon sieht. Der Sprung von Singelcore auf Dualcore dauerte länger, da man erstmal anfangen musste umzudenken. Aber jetzt da die meisten Programmierer wissen wie man ein Programm in Threats zerlegt, also Übung haben, wird es sehr schnell gehen Programme in mehr als 2 Threats zu zerlegen. Das ist insgesamt ein kleinerer Schritt.

Und wie gesagt, schaut man sich diverse Tests an, sieht man fast überall das Quadcore Sinn macht. Und da die Umstellung so schnell ging, und DUalcore mittlerweile eine sehr Breite Unterstützung bei aktuellen Programmen oder Spielen hat, ja einige Spiele mit Singelcore kaum Spielbar sind, wird es noch schneller mit dem Umstieg auf Quadcore vorangehen. Noch mehr Kerne zu nutzen wird sicherlich schwierig, weil wir uns das derzeit noch nicht vorstellen können, aber wen uns die Vergangenheit eines gelehrt hat, dann das bei Computern alles extrem schnell gehen kann.

WilliamTC · 5. September 2007

ja, wirklich gut geschrieben ... okay, der "vergleich" ist vllt. nicht wirklich übertragbar. aber vom kern ist es nun mal wahr! im moment gibt es kein desktop win, was mit mehr als 4 bzw. 8 kernen zurechtkommt. wir/ich hatte das schonmal in einem fred geschrieben. selbst M$ gibt da ein offizieles statement, daß es gar nicht so einfach ist ein XX-core-system realisieren und vorallen umsetzen zu können. soviel ich mich erinnere, war die sprache von einem völlig neuen OS um z.B. 80-core-cpu´s zu unterstützen!

bernd das brot · 7. September 2007

@kaktus
Es steht ja auch geschrieben das Spiele hier wie immer voreiter sind aber der "Normale" user hat kaum Programme die von quad profitieren ebenso ist die Quote der dual optimierten Programme im nicht professionellen Bereich noch sehr gering. Ebenso hast du natürlich recht was mehrere threads angeht aber soo schnell wird das meiner Meinung nach nicht gehen (Spiele natürlich wieder ausgenommen) auch wird ja das schwerste die Spaltung älterer Anwendungen denn zb ein core einer 32core CPU ist wohl kaum so leistungsfähig wie der einer dualcore CPU also muss man zb aus 32cores 2 machen und das ist momentan das Problem

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